激活自身免疫机能来治疗癌症肿瘤的新途径

机体的免疫系统是我们防御感染以及其它外源物质(移植物和肿瘤)的保护系统，维持着我们的完整性。免疫学和肿瘤学之间源远流长的关系，属于生物医学范畴。在过去50年里，两者不断相互交叉发展。在此，我们重数在T细胞的发现至肿瘤免疫治疗应用史上的重要事迹。对小鼠白血病的经典研究是后期胸腺淋巴细胞发现、成熟和分类的根基。接下来的一序列研究引出了免疫监视理论，另外免疫编辑学说让人们重新认识到免疫系统在肿瘤发生发展过程中的双重作用。随着对抗原识别、T细胞激活和共刺激分子信号的认识，科学家们渐渐开始尝试将这些知识转化应用到肿瘤治疗中。肿瘤浸润T细胞(Tumor infiltrating T cells)也被用于对一些黑色素瘤患者的过继细胞治疗(ACT,Adoptive cell transfer)中。

　　紧接着肿瘤疫苗也被研发出，用于增强患者本身的抗肿瘤免疫反应。近来热门的两种治疗方式都是通过改造共刺激信号调控T细胞活性发展而来。一种是采用单克隆抗体技术，通过检验点抑制或Treg细胞祛除对共刺激信号分子CTLA-4、PD-1进行抑制，从而使肿瘤浸润T细胞从中解脱。另一种是采用转基因技术，使患者T细胞重新靶向肿瘤抗原并增强T细胞活性，从而克服肿瘤细胞和肿瘤微环境形成的肿瘤免疫障碍。这两种技术被《科学》杂志评为2013年度技术突破，CTLA-4抗体Ipillimumab于2011年获得FDA批准，CD19-CAR也于2014年被授权用于ALL(Acute lymphoblastic leukemia)的临床治疗。本文将重温在肿瘤免疫治疗发展史中重要的基础研究成果。

　　绝大部分自发形成的肿瘤细胞都会表达自身抗原并使其递呈于MHC分子表面。具有这些抗原分子高亲和力TCR的T细胞在胸腺中负选择性的删除。在高突变率的黑色素瘤中，有些突变蛋白发生改变而作为非自身抗原表达于细胞表面，因此被CD8+ T细胞识别。那为什么这些肿瘤细胞没有被激活的CD8细胞杀灭呢?对T细胞激活的分子机制的各种研究逐渐解开这个谜题并为增强或重获T细胞功能提供有力支点。

　　T细胞激活起始需要两种信号，一种来源于MHC分子与APC细胞的相互作用，另一种来源T细胞共刺激分子CD28与APC细胞表面的CD80和CD86受体相互作用。还有一些共刺激分子受体对T细胞扩增和记忆性T细胞的维持很重要。激活信号分子和共刺激信号分子终将成就如今两种不同的抗癌武器，其一是以单克隆抗体技术为基础，另一种以基因改造技术为基础。

　　在正常情况下，T细胞反应会受到抑制性检验点的调控，包括CTLA-4(CD152)、PD-1(CD279)、BTLA(CD272)等，防止细胞毒性效应细胞的过度增殖和杀伤以及自身免疫。CTLA-4分子通过与CD28竞争CD80和CD86配体机制调控初始T细胞和记忆T细胞的激活起始阶段，即抗原递呈后的24-48小时。CTLA-4通过剥夺CD28共刺激分子的胞外受体抑制共刺激信号。CTLA-4表达于T细胞表面，主要功能是下调CD4 Th细胞活性和增强Treg细胞介导的免疫抑制作用。人体中CTLA-4的缺失或突变均会导致各种自身免疫疾病的发生。近期研究发现，在伴有低丙球蛋白血症、反复感染、多发性自身免疫的常见变异型免疫缺陷综合症的一种更常见的亚型中鉴定出CTLA-4基因exon1中存在杂合型无义突变。

　　PD-1在T细胞激活和慢性抗原对T细胞持续刺激后表达，用于限制活性T细胞的活性。与CTLA-4不同，PD-1不但在所有T细胞中表达，同时也在活化的B、NKT细胞中表达。PD-1的主要功能体现在感染引起的炎症反应过程中。一些病毒感染引起的慢性抗原刺激会诱导抗原特异性活性T细胞疲态。另外，炎症组织会诱导PD-1配体分子(PD-L1，PD-L2)的表达，从而下调T细胞活性防止过度免疫和自身免疫。与CTLA-4相似，PD-1基因突变也会导致自身免疫疾病的发生。

　　理论上，这些抑制性检验点的拮抗剂能使T细胞更有效的增殖并控制病毒感染和肿瘤的发生。但CTLA-4或PD-1的增强剂也有可能防止自身免疫、过敏和移植排斥反应的发生。在很多肿瘤中，肿瘤细胞会表达PD-L1与PD-1相互作用限制相应的T细胞反应。此外，肿瘤微环境中活性T细胞分泌的IFN-γ会上调肿瘤细胞和间质细胞中PD-L1的表达。专职抑制T细胞活性的Treg细胞也会被招募到肿瘤微环境中，对肿瘤浸润细胞毒性T细胞进行抑制。而Treg更是高水平表达CTLA-4和PD-1分子，这更加增强了Treg细胞对T细胞的抑制作用。因此这些受体也是抗体介导Treg细胞消除的靶点(图2)。小鼠Treg细胞CTLA-4基因的缺失会导致系统性淋巴增生、致死性自身免疫和IgE异常分泌等疾病的发生，但同时也促进了肿瘤免疫反应。另外，T细胞的Sema4a和Treg细胞的Nrp1互作会促进Treg细胞功能和存活。Nrp1是Treg细胞抑制抗肿瘤免疫反应的必需因子，因此Sema4a-Nrp1信号是消除Treg细胞介导的肿瘤免疫耐受的潜在靶点。

　　转化医学领域科学家们已经成功的将基础研究成果转化应用于各种疾病，尤其是癌症的临床治疗中。当初没人想得到，对病毒感染引起的白血病的研究会揭示出新生小鼠胸腺的免疫功能。后来，全球性的研究对我们如今了解到的T细胞激活调控机制及其临床应用都有重要的推动作用。单克隆抗体和转基因技术的诞生使得T、B细胞抗原识别、T细胞激活、T细胞共刺激信号相关机制应用于检验点抑制和CAR-T细胞疗法成为可能。尽管一些重要的分子信号通路和细胞间的相互作用已经清晰明了，但还需要更多的探索发现，还需要进行更多的免疫研究。免疫学孕育了免疫治疗，免疫治疗也将继外科手术、放射治疗、化学药物治疗之后在肿瘤的治疗大殿中占有重要的一席之地。