陈列平：肿瘤免疫治疗能走多远

肿瘤免疫治疗是抗癌新药研发中炙手可热的领域：FDA今年5月批准第5个PD-1/PD-L1药物Durvalumab，8月批准诺华的CAR-T疗法Kymriah。一系列突破性产品的成功上市引起了医药研发界与投资界的广泛关注与讨论。

陈列平：肿瘤免疫治疗能走多远？

今天向大家谈谈肿瘤免疫的基本原理，特别对理论部分做一个描述。很多朋友经常问，在肿瘤免疫治疗领域，下一个最有效的靶点是什么？我个人体会是，这没有肯定答案。因为每一个靶点或通路都有自身特别的地方，要先花时间去研究清楚。重要的是要懂得基础原理，然后判断最好的机会在哪里，最可能有效的方法、分子、通路在哪里。今天演讲的题目是“肿瘤免疫治疗能走多远？”。我的回答是肿瘤免疫的基础研究能做多好，决定了肿瘤免疫治疗能走多远。

免疫学和免疫治疗三大问题

肿瘤免疫学和免疫治疗有三个基本问题。真正意义上的肿瘤免疫研究从上世纪50年代初开始，都是在回答这三个基础问题。第一，人体有没有自发的抗肿瘤反应？换句话说就是免疫系统能否识别肿瘤。这个问题免疫学界花了很多时间，现在有了答案。第二，有没有肿瘤特异的抗原？这个问题现在也基本有答案了，但还有很多悬而未决的问题。第三，到底什么因素决定一个肿瘤有免疫原性？也就是什么因素决定肿瘤能刺激免疫反应？这也是现在肿瘤免疫学里最重要的问题，还没有完全搞清楚。这些问题的回答，带来大量免疫治疗新方法和新思路的出现。也带动了新药临床试验。

第一，人体自身是否能产生肿瘤免疫反应？到现在为止仍有一些争议。最早的假设是Burnet和Thomas提出的“免疫监视”（immune surveillance）。到现在为止，只能说小部分是对的，因为它的基本假设都证明是错误的。但在当时这是很重要的假设。免疫学家在持续了几十年的证伪过程中，才使得理论不断丰富起来。

该理论基础假设是，我们身体的细胞在不停的产生突变，并以一定的频率出错。这些突变积累下来，非常巨大。因此我们的身体天天在产生肿瘤。免疫系统不停的在去掉这些肿瘤，这就是所谓的免疫监视。我们现在知道错误在哪里。机体确实在产生各种各样的突变，但机体是有一定能力把这些错误去掉的， 比如DNA修复酶的作用。实际上，机体产生肿瘤的效率没有想象那么高。如果这个假设是对的，就可以推测，如果一旦免疫反应有缺陷，肿瘤生长率、发生率应该非常高。实际上，这一点已经证明基本上是错误的。免疫监视对于病毒诱导的肿瘤是有效的，比如器官移植后，需要用免疫抑制剂，长期使用后，病人肿瘤（病毒性）发病率明显增高，但绝大多数实体瘤的发病率并没有增加。

肿瘤免疫学一个最重要发现是T淋巴细胞会抑制肿瘤生长，而且是主要的力量。自发的抗肿瘤免疫反应现在知道确实是有的。机体对于肿瘤有没有自发的免疫反应最大的证据就是在病理上有没有浸润肿瘤的免疫细胞。一类是效应细胞，直接对肿瘤产生杀伤或抑制。很多细胞都加入这个过程，但是最强大的还是T淋巴细胞，特别是CD8+淋巴细胞。还有一类是调节细胞，它不直接损伤肿瘤，而是调节控制效应细胞的功能。 

和早期病人不同的是，晚期肿瘤病人，浸润肿瘤的免疫细胞密度和成分个体差异很大。黑色素瘤的浸润数量最多。早期肿瘤被淋巴细胞浸润的比例较高，晚期较差。浸润都出现在肿瘤外周，中间的肿瘤因为低氧、供血不足已死亡，淋巴细胞也进不去。而正常组织中通常只有少量淋巴细胞。因此对第一个问题的回答是，在一部分病人身上，确实有自发产生的免疫反应。

第二个问题，肿瘤细胞有没有可以被免疫系统识别的特异抗原。这些抗原主要分为两大类：抗体识别的抗原和T细胞识别的抗原。现在已经证明，抗体识别的抗原大于99%都不是肿瘤特异的。虽然结果令人失望，但这一发现也不是完全徒劳的，这部分努力找到的抗原，现在成为CAR-T治疗的靶点。CAR-T是用抗体识别部分改造T细胞，改造的方法就是使用当年积累下来的抗体。 从这里可以看出，将来的CAR-T靶点不大可能是肿瘤特异的。现在用的最多的CD19属于正常B细胞抗原而不是肿瘤特异性抗原。因此CD19-CAR-T治疗是以牺牲正常B细胞为基础发展以来的。

上世纪70年代，比利时免疫学家Terry Boon对鉴定T细胞识别的抗原做出了非常重要的贡献。他的实验室首创用分子生物学方法，把肿瘤DNA提取后做了文库，把肿瘤里的所有抗原表达出来，然后用T细胞识别。在当时分子生物学技术还不发达的情况下，通过大量艰苦的工作，终于找到了CD8+ T细胞识别的抗原。在Terry Boon的工作之前，大家已经了解CD8+ T细胞识别的是短肽，但一直没有人找到CD8+ T 细胞能够识别的肿瘤抗原。Terry Boon找到了很多肿瘤高表达的抗原和突变抗原，奠定了肿瘤疫苗和现在TCR-T的治疗基础，也对我们理解T细胞对肿瘤的识别产生了非常重要的作用。

在人类基因组被测序之前，已经找到很多肿瘤抗原，大致有以下几类：

高表达的正常抗原: 如黑色素瘤高表达的Tyrosinase, TRP-1, TRP-2等等。Tyrosinase是酪蛋白，是产生黑色素需要的酶。这个酶在黑色素瘤中高表达。

分化抗原：在早期发育中曾经出现，但发育后消失的抗原，如NY-ESO-1, MAGEs，MUC-1, CEA, oncofetal antigens, AFP, CA-125。

Neoantigen：主要是基因突变产生的异常蛋白，如CDK4, p53, Ras, EGFRvIII。

由于快速测序技术的完善，肿瘤中大量的Neoantigen已经被发现。 但是Neoantigen和其他肿瘤抗原相比到底有多大优势，到现在为止并不清楚。 Neoantigen是由后天突变产生，因此可能特异性很强。但以前发现的肿瘤抗原比如NY-ESO-1，在正常组织中也基本不表达，特异性也很强，但由此制备的疫苗并无治疗效果。 Neoantigen的出现可能会产生一些高亲和力的抗原，因为它们没有免疫耐受，识别Neoantigen的T细胞没有在发育中被去掉。但现在发现并不是这样。识别Neoantigen的T细胞亲和力和其他抗原是一样的。所以现在在理论上，并不能说明Neoantigen比其他抗原好有多大优势，只是提供了一个更多的选择。

肿瘤疫苗之所以能被设计出来，很大一个原因就是抗原的发现， 以及如何让抗原更有效的被抗原提呈细胞提呈。 但我们知道，肿瘤疫苗的临床治疗效果是令人失望的，而且还出现了奇怪的临床现象。举个例子，2012年一篇论文提到一个抗原叫MAGE，是黑色素瘤的抗原，这个抗原被制成疫苗。注射给病人后，发现病人血中识别此抗原的T细胞数量明显增加，但肿瘤依然继续生长。说明血液中的淋巴细胞不是预测指标。血液中的淋巴细胞到了肿瘤周围还要再受到另外一个水平的调节，就算血液中有大量淋巴细胞，到了肿瘤周围也会被抑制，这也是 PD-1/PD-L1基本的工作原理。

到目前为止，全球已经开展了几千个肿瘤疫苗的临床试验，总的结果是令人失望的，仅有个别病人因此获益。一个糟糕的事情是绝大部分的阴性结果都没有被报告。美国FDA唯一批准的疫苗是针对前列腺癌的Provenge。虽然这个例子是成功的，但治疗效果很差，虽然FDA批准了，未来这个药也会慢慢退出市场。有意思的是，尽管治疗性疫苗失败了，预防性疫苗却很成功，比如HPV疫苗，在疾病还没有出现或者还处在早期时，肿瘤还没有出现，这个情况下注射疫苗会非常成功。这个结果当年也给我们提供了一个非常重要的思路：那就是肿瘤一旦生长起来，形成微环境，各种各样的抑制机制就会启动，疫苗的治疗作用就被抑制了。事实上治疗性疫苗从免疫学角度看是成功的，能刺激大量的淋巴细胞，但没有起到效果，一个主要的原因就是肿瘤形成了一个微环境。

因此回到第三个问题：什么决定免疫原性。我们已经知道肿瘤组织里经常有浸润淋巴细胞，而正常组织基本没有。说明肿瘤有能力刺激免疫反应。而且大部分肿瘤都有能被免疫系统识别的抗原，而且已经据此做出了疫苗，抗原特异的淋巴细胞也能被刺激产生，但是肿瘤细胞还在生长，说明肿瘤的免疫原性和针对肿瘤的免疫反应受到了抑制。 因此从90年代开始，肿瘤免疫研究领域开始探讨肿瘤的免疫抑制，逐渐形成一个重要的方向。这里提一下免疫学的术语抗原性和免疫原性。肿瘤表达抗原，说明有抗原性，但不会刺激或被免疫系统识别，说明没有免疫原性。这也是现在neoantigen研究最基础的问题之一。

最早的探讨是从淋巴细胞激活的两信号理论开始，两信号理论开始时很粗糙，现在此理论已经经过很大的改良： 淋巴细胞需要抗原刺激，以及共刺激信号的激活，缺一不可，这是基本理论。目前两信号理论已经有点过时，T细胞受体产生第一信号，共刺激信号分子产生共刺激信号，但是后来发现还有一个抑制信号，能够控制最初的刺激信号。我们在2004年提出了一个T细胞激活的网络模型，修改了两信号理论，并提出这些共刺激和共抑制信号不仅可以控制和定量调节T细胞信号，最重要是还可以决定T细胞反应方向。因为即使有抗原，淋巴细胞也可以产生截然相反的行为，可以是激活，也可以是抑制甚至死亡。说明T细胞的命运并不是由抗原决定，抗原只能启动T细胞，但是不能决定它的方向。

理论与治疗实践之路

九十年代中叶，我们实验室已经研究T细胞共刺激／共抑制信号多年，发现了多个T细胞共刺激／共抑制分子和它们的作用原理，积累了不少经验。在肿瘤免疫的低潮时，开始研究肿瘤免疫抑制现象的分子机制，当时是基于这样的假设：

在晚期肿瘤病人中，针对肿瘤的T细胞已经在血中出现，说明没有全身的免疫抑制，那么这个抑制很可能只在肿瘤附近出现。

有活性的T淋巴细胞到了肿瘤周围被抑制，这个抑制可能是肿瘤固有的，也可能是由淋巴细胞诱导出来的，是肿瘤针对免疫反应的负反馈。

现在回想起来，当年这些假设很大胆，也很超前。因为对同样一个现象可以有不同的解释，大家各说不一，关键就是谁能用实验证明自己是对的。我们做了很多实验，后来把这些想法和证据总结起来，在2012年提出一个叫“适应性抵抗“（adaptive resistance）的假说来解释PD-1/PD-L1通路的作用机理。

具体描述起来是T淋巴细胞到达肿瘤微环境，在识别抗原后，会释放一个重要的效应分子γ干扰素，干扰素可以放大免疫反应，并使得免疫反应更持久。但是干扰素也会作用于肿瘤细胞，上调B7-H1（PD-L1）。这个分子结合到PD-1上，抑制淋巴细胞活性。这可以理解为是细胞为保护自己而产生的一个负反馈。所以称之为适应性抵抗。

阻断PD-1/PD-L1的结合，把干扰素下游这个不好的作用去除了，干扰素的正向作用得以发挥。PD-1／PD-L1抗体的治疗就是根据这个原理设计的。因为这个机制在很多肿瘤中都存在，所以抗PD-1/PD-L1是广谱抗肿瘤药。但许多晚期肿瘤不使用这个机制，而是用了其他逃逸机制，抗PD-1/PD-L1就没有效果。抗PD治疗事实上没有激活新的免疫反应，而是把肿瘤微环境中被抑制的免疫反应给纠正过来；另一方面是靶向肿瘤微环境。

这个适应性抵抗从理论可以解释目前的很多临床发现，并且可以预测新的治疗效果。比如抗PD-1/PD-L1疗法是针对正在进行的免疫反应的微环境，对于没有浸润淋巴细胞的肿瘤，肯定没有效果。对于造血系统的肿瘤，如果不侵犯到组织中去，不诱导出肿瘤微环境，也可以预测该疗法无效。在不同的病人个体中，肿瘤用什么分子机制逃避免疫反应，是现在需要下大功夫研究的。

归纳起来，免疫治疗有两个基本的途径，一个是增强免疫反应，这代表了大部分现有免疫治疗的方法，比如IL-2，疫苗，CAT-T治疗，抗CTLA-4等等。但增强免疫反应的治疗方法，很多时候是弊大于利，只有在很少的病种里是有好处的。另一个就是以抗PD-1/PD-L1为代表的正常化免疫反应，就是把肿瘤微环境中缺陷的免疫反应纠正成正常。

目前的试验结果发现肿瘤微环境中PD-L1和淋巴细胞双阳性的病人在黑色素瘤中有45%，肺癌中有17%， 膀胱癌中有32%，这个比例和临床试验抗PD-1/PD-L1治疗的反应率很相似。现在有很多文献在讨论为何有些肿瘤抵抗PD-1/PD-L1治疗，在我看来这些肿瘤可以分为3类：

Target-missing resistance：这些肿瘤不表达PD-L1，或者有PD-L1但没有T淋巴细胞（缺乏PD-1），因此属于靶子缺失型。这种肿瘤对PD-1/PD-L1抗体治疗不可能有效果。明显有其他逃逸机制在起作用。

Primary resistance：肿瘤微环境中有PD-L1，也有T细胞，但病人对PD-1/PD-L1抗体治疗没有反应。这一类的病人很少。

Acquired resistance：肿瘤微环境中有PD-L1，也有T细胞。病人对PD-1/PD-L1抗体治疗最初也有反应，但是后来肿瘤复发，用PD-1/PD-L1抗体再治疗也无效。这一种才是真正的耐药。

现在大药厂正在进行上千个临床试验，进行几乎是随机结合的治疗。基本上是A+B，A+C，然后A+B+C。大部分试验用PD-1/PD-L1抗体治疗加上已有的治疗方式，在大规模地进行试验。有可能下一步，说不定会进行三个药联合的临床治疗，甚至是四个药、五个药的联合治疗。这种不用科学论证做治疗现在很普遍。大药厂有充足的资金，投入前没有好好考虑，没有科学根据在背后。完全以数量和规模来取胜。我认为更像是一种商业行为，而不是一种科学行为。 我不觉得这种做法是正确的。我个人认为第一步应该先搞清楚，到底什么机制在肿瘤微环境里。然后针对性地进行治疗。 

Q&A

Q1 有关肿瘤复发的问题，随着PD-1/PD-L1抗体的广泛使用，大家也渐渐看到一些复发的问题，今年在AACR还专门有一个讨论，专门探讨复发这个问题，陈教授能不能从原理上帮我们更好地解释一下，以及我们在治疗上应该从什么角度更好地解决复发的问题？