肿瘤个性化疫苗新抗原Neoantigen,抗癌新征程和新希望!

近期，著名学术期刊《科学》杂志以封面形式聚焦了肿瘤免疫治疗。

其中，在去年引爆全球关注的免疫治疗肿瘤的方法，基于新抗原（Neoantigen）的个性化肿瘤疫苗（cancer vaccine）自然是要由这个领域的开创者之一，德国美因茨约翰尼斯•古腾堡大学（Johannes Gutenberg University）的Ugur Sahin教授撰写的“Personalized vaccines for cancerimmunotherapy”综述文章引起了广泛的关注。

▲德国科学家Ugur Sahin教授撰写的关于肿瘤个性化疫苗的综述文章【1】

尽管免疫检查点抑制剂类药物和以CAR-T为代表的新兴肿瘤你治疗方法取得了前所未有的突破，然而，这些疗法仍然有一些不足之处。正如这一领域的大咖陈列平教授所言：“简单地讲，肿瘤通过不同的分子通路来逃脱免疫系统对它们的杀伤，而我们目前才只找到了其中之一，就是PD-L1/PD-1这个通路，我们还需要发现更多这样的分子通路。后面要迅速突破，有一部分技术方面的难题”。而CAR-T细胞目前也仅仅是在血液肿瘤显示出了强大的力量，在实体瘤中却效果相当有限。

然而，新的抗肿瘤的方法永远在路上！比如新抗原Neoantigen。

▶来自基因突变的馈赠◀

人们常常会问，肿瘤细胞与正常细胞究竟有何不同？

肿瘤细胞和正常细胞的区别可以用千差万别来形容，包括增殖能力，异常表达多种不同的基因等等。但是最根本的不同可能还是由于肿瘤细胞的突变，正是由于这些突变造成了肿瘤细胞的增殖能力大增、躲避免疫系统的监控等等。下面这张图常常用来显示人类各种肿瘤组织或者肿瘤细胞的突变【2】。

▲各种肿瘤的基因突变情况，黑色素瘤最高，并且，大多数实体瘤的突变都高于血液肿瘤【2】

从上面的图中可以看到，黑色素瘤的突变那可是相当多，其次是肺癌，其他还包括结直肠癌、胃癌、肝癌等等，而血液肿瘤包括ALL、AML等等的突变相对来说还是比较少的。既然突变是肿瘤细胞和正常细胞一个非常本质的不同之处，那么，科学家们自然是要在这个方面绞尽脑汁想一想办法，看有没有能够克服肿瘤的途径。

针对突变这一想法，科学家们从免疫方面着手，即肿瘤细胞中突变的基因表达出来的产物比如一段氨基酸序列的肽段肯定与不突变的是不一样的，其可以通过MHC展示在肿瘤细胞的表面从而就可以被T细胞的TCR特异性识别。

▲获取Neoantigen的思路【3】

如上面的图所示，肿瘤组织中细胞的异质性太大了，有许多肿瘤细胞均具有各种不同的突变，而一些突变经过MHC被呈递到肿瘤细胞表面，进而被T细胞的TCR特异性识别，从而直接杀伤肿瘤细胞，这样的突变肽段就被称为新抗原“neoantigen”【3】。由于在体内能够识别这些新抗原的T细胞比较稀少，或者是肿瘤细胞通过免疫逃避机制逃避了特异性T细胞的杀伤，因而，我们可以在体外通过多肽合成技术合成这些突变的肽段，然后注射到动物或者人体中，刺激特异性识别这类新抗原的T细胞大量在体内增殖，从而达到特异性杀伤携带这类新抗原的肿瘤细胞的目的。

▶如何制备Neoantigen◀

具体实施过程是怎样的呢？

如下面的这张图显示了具体实施过程的步骤，看起来那是相当的复杂，然而，实际上并不复杂，它主要显示了一个个体化肿瘤治疗的整个实施方案，所以看起来就相当复杂了。我们只需关注新抗原这一部分，实际上是最左边这一列，其大致过程就是，先收集肿瘤组织，然后同时测定肿瘤组织的DNA序列以及RNA序列，经过生物信息学分析得到在肿瘤组织中的非同义突变（non-synonymous mutations），此后合成这些突变的多肽，然后在体外实验进一步筛选能够引起免疫反应的突变多肽，最终确定有效果的肽段进行注射【4】。

▲个性化肿瘤疫苗的复杂流程

▶临床上取得的长足进展◀

去年年7月，分别来自哈佛大学Dana-Farber癌症中心（Catherine Wu团队）和德国美因茨大学（Ugur Sahin团队）的两个团队采用新抗原（Newantigen）技术分别进行了小型临床试验，取得了良好的效果。这让新抗原（Neoantigen）这一最前沿的抗肿瘤技术展现在世人面前【5,6】。

▲Catherine Wu（左）和Ugur Sahin（右）

基于肿瘤新抗原的疫苗，是一种真正的个性化治疗方案。癌细胞在快速生长和增殖过程中，往往来不及修复DNA在复制过程中出现的错误，因此会出现许多新的突变蛋白，称之为肿瘤新抗原。这些新抗原是癌细胞特有的，因此成为了区分癌细胞和正常细胞的理想选择。此外，每个患者身上的肿瘤出现的突变都不尽相同，通过测序寻找每个患者特有的突变，才能做到真正的对症下药，制造出个性化癌症疫苗。

他们是怎么做的呢？首先，他们都从黑色素瘤患者身上的肿瘤取得了活检样本并进行测序，每个样本都可能带有成百上千个新突变。这两个团队分别使用自己独特的算法来预测哪些突变最有可能引起免疫反应。然后他们分别制造了以多肽片段和RNA为基础的疫苗，并在晚期黑色素瘤患者身上展开了试验。

哈佛大学团队为每位患者制造了包括13-20种不同的含有新抗原的多肽片段疫苗，然后在6位有高复发风险的黑色素瘤患者身上开展了临床试验。数据显示，60％的多肽在患者体内引起了T细胞免疫反应。在这6位患者中，4位患者在接受疫苗两年后没有出现复发迹象。另外2名患者出现了复发迹象，但是在接受了PD-1抗体药物治疗后获得了完全缓解。

▲这两支团队同时在Nature上面发表的小型临床实验结果；a，Ugur Sahin团队；b，Catherine Wu团队

德国美因茨大学团队使用了RNA疫苗，他们为每位患者制造了含有不超过10种不同的编码新抗原的RNA片段，并在13位黑色素瘤患者身上展开了试验。这些RNA片段中也有60％在患者体内引起了T细胞免疫反应。在这13位患者中，8位患者在接受疫苗后一年内没有出现复发迹象，其他5名患者在接受疫苗时肿瘤已经出现扩散，其中2名患者在接受疫苗后肿瘤缩小，另外1名患者在接受PD-1抗体药物后得到完全缓解。

尽管还有诸多问题需要解决，但是随着基因测序技术和大数据分析能力的提高，肿瘤新抗原（Neoantigen）已然在路上！

参考资料：

1. Personalized vaccines forcancerimmunotherapy

2. Alexandrov LB et al. Signatures ofmutational processes in human cancer. Nature. 2013 Aug 22;500(7463):415-21.doi: 10.1038/nature12477.

3. Schumacher TN, Schreiber RD. Neoantigensin cancer immunotherapy. Science. 2015 Apr 3;348(6230):69-74. doi:10.1126/science.aaa4971.

4. Vormehr M et al. Mutanome directedcancer immunotherapy. Curr Opin Immunol. 2016 Apr;39:14-22. doi:10.1016/j.coi.2015.12.001.

5. Sahin U et al. Personalized RNA mutanomevaccines mobilize poly-specific therapeutic immunity against cancer. Nature.2017 Jul 13;547(7662):222-226. doi: 10.1038/nature23003.

6. Ott PA et al. An immunogenic personalneoantigen vaccine for patients with melanoma. Nature. 2017 Jul13;547(7662):217-221. doi: 10.1038/nature22991.

（转化医学网360zhyx.com）