最新综述！Nature：癌症免疫疗法下一步是联合治疗，根除肿瘤不是最终目标

免疫疗法被认为是癌症治疗的第四大支柱(与手术、放疗和化疗并列)，通过增强免疫系统靶向和杀伤肿瘤细胞的能力发挥作用，包括1）阻断抑制性免疫检查点通路的抗体、2）基于树突状细胞和工程化T细胞的细胞疗法，以及3）触发肿瘤中抗原特异性免疫反应的疫苗等。近几年，阻断CTLA-4和PD-1这两个免疫检查点蛋白的抗体已成为癌症治疗游戏规则的改变者。这些抗体可将T细胞从CTLA-4和PD-1通路介导的免疫抑制中解放出来，已被证明可促进有效、持久的T细胞反应，从而消除肿瘤，导致癌症缓解。不过，遗憾的是，仅10%-30%的癌症患者可获益于这类免疫检查点阻断疗法，这使得科学家们对提高患者的响应率产生了浓厚的兴趣。实现这一目标的一个策略是，将免疫检查点阻断疗法与细胞疗法或治疗性疫苗相结合。

个性化免疫疗法的工程化途径：1）收集癌症患者的肿瘤样本；2）将肿瘤基因组序列与体细胞基因组序列进行比对，以确定突变，再借助算法预测新抗原；3-4）生产新抗原特异性DNA、RNA和肽疫苗，并制成个性化纳米药物，用于联合癌症免疫疗法；5）新抗原也可用于产生树突状细胞疫苗或新抗原特异性T细胞；6）编码新抗原特异性scFv或TCRs的基因可被转导至外周血淋巴细胞中，以产生肿瘤反应性T细胞，用于过继转移到患者体内。（图片来源：Nature Biomedical Engineering）

一、过继T细胞疗法

从患者血液中分离出来的T细胞能够被纯化以包含特定的T细胞群，这些T细胞群之后可通过基因改造来提高抗肿瘤效果。事实上，除免疫检查点阻断外，过继T细胞疗法(ACT)也已成为癌症免疫疗法的主流，它包括体外纯化和操纵来源于患者的T细胞，以及随后将工程改造后的T细胞注射回患者体内。肿瘤浸润淋巴细胞(TILs，从患者肿瘤活检中分离出来，并通过IL-2刺激在体外扩增)代表了首类过继T细胞疗法，然而，尽管其在肿瘤特异性方面具有优势，但疗效有限。TCR-T和CAR-T是另外两种过继T细胞疗法，两者都是基于外周血T细胞，其中，CAR-T疗法已被证明在治疗血液学恶性肿瘤方面疗效显著，FDA于2017年批准了两款这类产品上市（tisagenlecleucel和axicabtagene ciloleucel），用于治疗急性淋巴细胞白血病和大B细胞淋巴瘤。

CAR-T等T细胞工程疗法成功的一个主要因素是具有抗原特异性，然而，如果靶抗原在癌细胞和正常细胞中都表达，这类T细胞疗法可能会造成严重的毒性，因此，如何产生尽可能只靶向癌细胞的CAR-T细胞，以最小化毒副作用，增加疗效是该领域的研究重点。有研究证实，提高T细胞工程疗法肿瘤细胞特异性的一种方法是开发靶向新抗原（neoantigen，肿瘤细胞所表达的突变蛋白，在健康细胞中不存在）的T细胞。

过继T细胞疗法的另一限制是需要在体外产生足够数量的细胞，而体外T细胞扩增是一个需要专业技能的劳动密集型过程，这就限制了这类疗法的可用性。一种可能的解决方案是在外周血T淋巴细胞中原位转染CAR基因[1]，这可以通过携带CD19 CAR基因的CD3定向纳米颗粒来实现。另一种解决策略是开发人工抗原提呈细胞，以便在体外增殖过程中更有效地扩增功能性T细胞。

CAR基因向外周血T淋巴细胞的原位靶向递送（图片来源：Nature Biomedical Engineering）

当CAR-T等基因改造后的T细胞被回输到患者体内后，维持这些细胞的生存能力及其肿瘤浸润特性也是一大挑战，尤其当利用过继T细胞疗法对抗实体瘤时。确保转移到患者体内的T细胞增殖以及归巢到肿瘤中至关重要。为了达到这一目的，有研究[2]在CD8+T细胞表面添加了携带IL-15超激动剂和IL-21细胞因子的脂质纳米颗粒（实现细胞因子的局部递送）。这些生物材料能够使药物特异性靶向被转移到患者体内的细胞，避免脱靶免疫调节，从而安全的提高T细胞疗法的疗效。此外，其它研究显示，生物聚合物（如海藻酸盐水凝胶）也能够支持过继转移后T细胞的生存和增殖。

二、树突状细胞疫苗

基于来源于患者的、呈递肿瘤相关抗原（TAAs）的树突状细胞（通过外周血单核细胞的体外分化获得）的细胞疗法也可被回输到患者体内，以增强T细胞活化及肿瘤细胞杀伤。

早在2001年，就有研究[3]显示，10名儿童转移性实体瘤（包括神经母细胞瘤、骨肉瘤和肾细胞癌）患者接受每两周一次的树突状细胞疫苗接种后，有5人病情稳定，1人肿瘤明显消退；之后，陆续有研究证实树突状细胞疫苗对抗其它类型癌症（如多形性成胶质细胞瘤[4]、卵巢癌[5]）的潜能。不过，这些前期研究中使用的树突状细胞疫苗尽管耐受性良好，且改善了患者的生存结果，但并未使肿瘤完全缓解或消退。基于这一现状，科学家们开始开发呈递新抗原的DC疫苗，以期待改善这类疫苗的疗效。

2015年，一项涉及3例先前接受过抗CTLA-4疗法治疗的黑色素瘤患者的I期临床试验[6]使用了一种系统的方法来产生携带新抗原的DC疫苗。首先，研究者们对患者的肿瘤进行了外显子组测序，以识别具有错义突变的新抗原表位（neoepitopes），并利用预测性人类白细胞抗原(HLA)结合亲和力工具和基因表达分析对这些新抗原表位进行了筛选；接着，呈递新抗原的树突状细胞被输注到患者体内。每名患者的治疗方案中，一半（3个）的新抗原诱导了显著的新抗原特异性CD8+T细胞扩增。

尽管一些研究显示了令人期待的结果，但DC疫苗要想转化为用于患者的可靠疗法具有挑战性，这部分是因为这种疗法需要训练有素的人员和专门的设备来将外周血单核细胞体外分化为树突状细胞，以及将树突状细胞与肿瘤抗原或肿瘤裂解液一起孵育。此外，呈递MHC-肽复合物的树突状细胞的产量并不稳定，取决于患者外周血单核细胞的状况。另一方面，给药后，仅<4%的树突状细胞疫苗可归巢到淋巴组织。可喜的是，这些局限性都有望通过新的工程方法来解决，例如使用可注射的海藻酸盐水凝胶进行原位接种[7-9]（这种方法不需要在体外操纵树突状细胞），以启动局部树突状细胞，触发抗肿瘤免疫反应。

另一种改进树突状细胞疫苗的工程解决方案是利用外泌体。有研究[10]证实，在培养树突状细胞时加入外泌体能够通过“包含肿瘤抗原的外泌体与树突状细胞之间自然发生的膜交换”促进树突状细胞的抗原提呈。

三、基于新抗原的疫苗

除了患者特异性细胞疗法，一些科学家团队证实，基于肿瘤新抗原的疫苗也有望改善癌症免疫治疗。

个性化疫苗的制备过程（图片来源：Nature Biomedical Engineering）

肽疫苗

2012年至今，大量证据[11-13]表明，新抗原肽疫苗能够释放新抗原特异性T细胞的杀伤潜能（尤其在与免疫检查点阻断联合时），并以有限的副作用发挥杀伤肿瘤的作用。相关试验还显示，新抗原疫苗可作为一种治疗策略，用于防止肿瘤复发和转移。不过，开发出安全有效的抗肿瘤新抗原疗法非常具有挑战，因为新抗原的氨基酸组成对其等电性质有重要影响，会使新抗原肽疫苗在非目标组织中积累，或者并不有限靶向淋巴组织而通过系统循环传播。这种递送障碍会导致仅有一小部分被注射到体内的疫苗到达靶组织，降低疫苗的效力，因此，需要有效的递送策略来增强新抗原及其佐剂分子向淋巴结的转运。一些研究已经证实，基于合成高密度脂蛋白(sHDL)的纳米圆盘[14]、DNA-RNA纳米胶囊[15]、PC7A纳米颗粒[16]等技术可在提高新抗原肽疫苗靶向性方面提供帮助。这些纳米疫苗为基于新抗原的疫苗接种提供了令人兴奋的概念验证结果。

借助基于合成高密度脂蛋白(sHDL)的纳米圆盘进行个体化新抗原疫苗接种（图片来源：Nature Biomedical Engineering）

mRNA疫苗

除了肽疫苗，一些早期临床试验[17]和临床前研究已经测试了基于新抗原的mRNA疫苗的安全性和免疫原性。此外，有证据表明，mRNA新抗原疫苗与免疫检查点阻断的协同为促进T细胞存活以及增强抗肿瘤免疫反应的强度和效力提供了一种临床适用的途径。

四、成像技术/光热疗法/光动力疗法

成像技术、光热疗法(PTTs)和光动力疗法(PDT)是有望改善癌症免疫治疗的其它联合途径。包括磁共振成像(MRI)、PET–CT在内的成像指导方法（image-guided methods）有望通过精确控制药物释放的时间和位置限制联合免疫疗法的脱靶毒性[124-129]。光热疗法使用可在近红外光照射下产生热量的光热剂或金纳米颗粒(GNPs)，当光热剂或金纳米颗粒被递送到肿瘤中时，可通过红外光照射使肿瘤消融（癌症免疫疗法的一个主要挑战是，当应用于大型肿瘤时，疗效通常有限。虽然在大多数情况下优先的治疗程序是手术切除原发肿瘤，但直接手术切除并不总是可行的。在这种情况下，光热疗法可能会提供另一种选择）。光动力疗法是一种类似的技术，使用光敏剂产生活性氧，以诱导癌细胞细胞凋亡。已有一些研究成果支持使用光热疗法和光动力疗法来消除原发性肿瘤以及触发肿瘤抗原（包括新抗原）、内源性危险信号和促炎细胞因子的释放。另有证据表明，光热疗法和光动力疗法诱导的免疫响应可与化疗[18]（2018年发表的一项研究显示，光热疗法联合化疗能够诱导强大的系统性抗肿瘤免疫来对抗扩散且未经治疗的肿瘤）和免疫疗法[19]协同。

联合化疗与光热疗法来清除远端继发性肿瘤（图片来源：Nature Biomedical Engineering）

总结

每一种免疫疗法都有其独特的优势：1）通过纳米颗粒递送新抗原肽疫苗提供了一种真正的患者特异性治疗，可根据个体的肿瘤进行定制；2)利用纳米颗粒或多聚物递送编码新抗原的RNA的基因疗法已显示出良好的疗效；3）包括基因工程T细胞过继转移在内的个性化细胞疗法能有效促进抗肿瘤免疫力，增强效应细胞功能；4）树突状细胞疫苗可将新抗原在体内呈递给患者的T细胞。目前来说，最重要的是如何将这些策略联合起来，以促进协同的抗癌作用，从而达到前所未有的治疗效果。未来，最理想的目标是，针对癌症患者的个性化免疫疗法不仅能根除肿瘤，还能在患者的余生中保持抗肿瘤免疫。

用于个性化癌症免疫疗法的不同技术的临床优势和障碍

数据来源：Nature Biomedical Engineering

素材来源及相关推荐

以上内容摘编自8月12日发表在Nature Biomedical Engineering上题为“Engineeringpatient-specific cancer immunotherapies”的综述[20]，由于文章多次提到纳米技术在改善癌症免疫疗法中可发挥重要作用，在此向感兴趣的读者推荐该综述的通讯作者、密歇根大学的JamesJ. Moon博士不久前在Nature Reviews Materials上发表的另一篇题为“Cancer nanomedicine for combination cancer immunotherapy”的综述[21]，作者们深入讨论了纳米颗粒如何被用于重编程肿瘤微环境以及触发系统性抗肿瘤免疫力，从而协同免疫疗法对抗晚期癌症。

基于纳米医学的联合癌症免疫疗法的临床前研究

数据来源：Nature Reviews Materials

小结

系列：深度综述——免疫疗法

杂志：Nature Biomedical Engineering

亮点：以免疫检查点抑制剂为代表的免疫疗法已成为癌症治疗的第4大支柱。来自密歇根大学的科学家小组在一篇最新综述中讨论了目前在研的一些可与免疫检查点抑制剂联合的疗法或技术，包括过继T细胞疗法、树突状细胞疫苗、基于新抗原的疫苗以及成像技术、光热疗法、光动力疗法等。作者们认为，随着这些疗法和技术的不断优化升级，最终的免疫联合疗法将达到前所未有的治疗效果。最理想的目标是，不仅能根除肿瘤，还能在患者的余生中保持抗肿瘤免疫。

相关论文：

[1] Smith, T. T. et al. Insitu programming of leukaemia-specific T cells using synthetic DNA nanocarriers. Nat. Nanotechnol(2017).

[2] Stephan, M. et al. Therapeutic cell engineering with surface-conjugated synthetic nanoparticles. Nat.Med(2010).

[3] Geiger, J. D. et al. Vaccination of pediatric solid tumor patients with tumor lysate-pulsed dendritic cells can expand specific T cells and mediate tumor regression. Cancer Res(2001).

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[5] Tanyi, J. L. et al. Personalized cancervaccine effectively mobilizes antitumor T cell immunity in ovariancancer. Sci. Transl. Med(2018).

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[8] Verbeke, C. S. et al. Injectable, Pore-Forming Hydrogels for InVivo Enrichment of Immature Dendritic Cells. Adv. Healthcare Mat(2015).

[9] Shih, T. Y. et al. Injectable, tough alginate cryogels as cancer vaccines. Adv. Healthcare Mat(2018).

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[18] Nam, J. et al. Chemo-photothermal therapy combination elicits anti-tumor immunity against advanced metastatic cancer. Nat. Commun(2018).

[19] Chen, Q. et al. Photothermal therapy with immune-adjuvant nanoparticles together with checkpoint blockade for effective cancer immunotherapy. Nat. Commun(2016).

[20] Lindsay Scheetz et al. Engineering patient-specific cancer immunotherapies. Nature Biomedical Engineering (2019).

[21] Jutaek Nam et al. Cancer nanomedicine for combination cancer immunotherapy. Nature Reviews Materials(2019).

新靶点

NKG2A | GARP | CD22 | 628个靶点 | LIF | CDK2 |

WWP1 | VCAM1 | CA19-9 | Flower | CD24 |

Gingipains | DES1

新疗法

新机制

流行病学

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