2014年，在圣路易斯華盛頓大學醫學院里，6名黑色素瘤患者接受了由他們自身免疫細胞構成的癌癥疫苗的治療。研究人員在2個月前從患者血液中提取了免疫細胞，在實驗室中進行培養，并將這些稱為樹突狀細胞（dendritic cells）的免疫細胞與基于每位患者腫瘤基因組中特定基因突變而合成的多肽混合在一起。這些細胞像在體內吞噬外來抗原一樣“吃掉”了多肽片段。科學家們希望這些注回患者體內的樹突狀細胞能夠誘導T細胞的激活和擴增，在發現和殺死癌細胞的同時，避免傷及健康組織。

這是最早進行的個體化癌癥疫苗臨床試驗之一。自此之后，個體化癌癥疫苗的魅力吸引了眾多學術研究機構和醫藥公司開展了更多臨床研究。近日，明星癌癥疫苗公司Neon Therapeutics公司宣布，該公司的個體化新抗原癌癥疫苗，在臨床試驗中延長了黑色素瘤、非小細胞肺癌和膀胱癌患者的無進展生存期，展現了個體化癌癥疫苗的潛力。癌癥疫苗被人譽為繼免疫檢查點抑制劑和CAR-T療法之后，癌癥免疫領域將會出現的第三大突破。想要讓這一預言成為現實，科學家們還需要作出哪些努力？

個體化癌癥疫苗機理

個體化癌癥疫苗的開發是基于人體對癌癥抗原的免疫反應。從腫瘤中釋放的抗原，會被像樹突狀細胞這樣的抗原呈遞細胞吞噬，然后經過處理后，與主要組織相容性復合體（MHC）相結合，呈現在細胞的表面。然后，這些呈現癌癥抗原的細胞會遷移到淋巴結中，通過與T細胞表面的T細胞受體（TCR）的結合，激活T細胞并促進它們的增殖。激活后的T細胞可以遷移到腫瘤附近，對腫瘤進行攻擊。個體化癌癥疫苗的開發策略是從癌癥患者的腫瘤中發現因為基因突變，只在腫瘤中表達的新抗原（neoantigen），并且使用這些抗原構建癌癥疫苗。因為這些抗原只在腫瘤中表達，它不會引起由于T細胞對健康組織的攻擊而產生的毒副作用。而且個體化的疫苗制造方式是確保疫苗會引發對患者腫瘤的免疫反應的最佳方法。

▲癌癥免疫力產生的圖示（圖片來源：參考資料[1]）

個體化癌癥疫苗的主要遞送平臺

目前有超過20個正在進行的臨床試驗，檢驗個體化癌癥疫苗治療不同癌癥類型的安全性和療效。按照疫苗的遞送方式，它們可以被分為三大類：合成長多肽、RNA/DNA、和樹突狀細胞。這些遞送方式有著各自的利弊：

合成長多肽是最常見的遞送個體化癌癥疫苗的方式。通常，研究人員通過對患者腫瘤基因組的測序，發現可能產生新抗原的基因突變，然后通過生物信息學模型，篩選出可能生成新抗原的多肽序列，在體外進行人工合成。這些多肽鏈的長度在20個氨基酸左右。多肽疫苗的優勢在于由于是人工合成，它們的成產可以擴大化，而且多肽疫苗中可以包含多個新抗原表位，從而確保免疫細胞對疫苗產生免疫反應。長多肽片段與短多肽片段相比，除了激活CD8+ T細胞以外，還可以激活CD4+ T細胞，從而更好地激發免疫反應。

然而，這些多肽需要在GMP環境下分別針對特定患者進行合成，然后混合在一起，隨著多肽鏈長度和多肽數目的增加，制造成本也隨之提升。多肽鏈長度越長，人工合成時出現的錯誤率越高，從而限制了合成過程的產量。這些因素可能限制這類個體化疫苗未來的推廣。

▲多肽類個體化癌癥疫苗的生產流程（圖片來源：參考資料[1]）

使用DNA或RNA編碼新抗原從制造工藝上來看比長多肽類的疫苗更為簡便，產品的質量檢測也可以通過簡單的測序來進行（多肽類疫苗的質量檢測需要質譜技術）。它們可以編碼多個新抗原表型，提高免疫系統產生免疫反應的機率。這類疫苗面臨的最大挑戰是如何將編碼新抗原的DNA/RNA序列成功導入到細胞中，讓它們能夠被翻譯成多肽片段。專精于開發mRNA療法的Moderna公司的研發管線中就有一項個體化癌癥疫苗研究，目前它已經進入2期臨床階段。

上述兩種類型的癌癥疫苗還需要在體內被樹突狀細胞或其它抗原呈遞細胞吞噬并且處理，才可能生效，而基于樹突狀細胞的疫苗已經在體外完成了這一步驟。基于樹突狀細胞的癌癥疫苗在激發免疫反應方面非常有效，因為樹突狀細胞在免疫系統中的功能就是呈遞抗原。然而，這類疫苗的合成需要對從血液中獲取的免疫細胞進行謹慎的培養。在GMP環境下完成原先在實驗室中進行的步驟，并且擴大樹突狀細胞疫苗的生產，需要對復雜制造工藝的大量優化。

▲個體化癌癥疫苗臨床試驗分類數據（數據來源：參考資料[2]，藥明康德內容團隊制圖）

發揮個體化癌癥疫苗需要克服的挑戰

開發個體化癌癥疫苗面對的最大挑戰是如何找到能夠最大限度激發免疫反應的新抗原。對癌癥基因組進行測序發現的基因突變并不一定會生成蛋白，因此，從DNA測序中發現的編碼新抗原的DNA序列需要與對腫瘤進行RNA測序獲得的信息進行對照，確認攜帶突變的DNA序列能夠被腫瘤細胞表達。

除此之外，這些攜帶基因突變的DNA序列都要經過生物信息學模型的篩選，找出最可能產生免疫原性的序列。目前，各家公司都有自己的計算科學平臺，使用人工智能對已有免疫表位庫進行分析，根據它們的三維結構和結合數據，訓練計算工具來發現構成癌癥疫苗的最佳序列。

抗原呈遞是一個復雜的過程，抗原會被樹突狀細胞內的蛋白酶體降解，然后生成的多肽片段需要與MHC產生特異性結合，才能夠被呈現在樹突狀細胞表面。已有的計算工具并不能夠很好地預測這一過程。因此，科學家們已經開始從細胞中提取MHC-抗原復合體，從中分解出能夠與MHC結合的抗原，然后利用質譜技術對這些抗原的特征進行分析。利用質譜分析獲得的數據對計算工具重新進行訓練，可以提高預測性模型的準確性。

日前，TScan公司的科學創始人，哈佛大學醫學院的Stephen Elledge博士率領的研究團隊在《細胞》雜志上發表了一篇科學論文，介紹了名為TScan的高通量篩選技術，能夠篩選出與T細胞表面表達的TCR相結合的抗原，并且對它們的特征進行分析。這一技術不但可能發現作為癌癥疫苗的新抗原，而且對這些抗原結構進行分析積累的數據，可以用于進一步優化預測新抗原的計算模型。

▲TScan技術平臺圖示（圖片來源：參考資料[3]）

除了發現新抗原以外，如何優化輸入患者體內的疫苗激發的免疫反應也是科研人員創新的方向。由于抗原呈遞細胞需要在淋巴結中與T細胞接觸，完成激活T細胞的過程。很多癌癥疫苗采用淋巴結注射的給藥模式。然而，基于多肽或者RNA的疫苗由于分子量比較小，可能從淋巴管壁滲出，導致這些疫苗成分還沒有接觸到免疫細胞就被血液循環帶到身體其它部位，降低了免疫反應的強度。

Elicio Therapeutics公司開發的雙親性分子（amphiphiles）平臺在多肽鏈上添加了一個親脂性分子，讓疫苗成分能夠與淋巴系統中的白蛋白（albumin）結合，幫助將疫苗成分從注射位點運送到淋巴結中，大幅度提高免疫反應的強度。該公司近日公布的臨床前實驗結果表明，基于這一技術開發的KRAS疫苗能夠激發針對癌細胞的強力細胞裂解反應。

▲Elicio公司雙親分子平臺作用機制（圖片來源：Elicio公司官網）

展望未來

已有的癌癥疫苗研究表明，獲得強力免疫反應需要三個因素：多個具有免疫原性的抗原，有效的遞送載體，和克服免疫抑制環境的有效方法。因此，與抗PD-1抗體等免疫檢查點抑制劑聯用可能個體化癌癥疫苗充分發揮其潛力的有效方法。已經公布的臨床試驗結果表明，個體化癌癥疫苗與PD-1抑制劑聯用可能在患者中引發更持久的緩解。目前進行的個體化癌癥疫苗臨床試驗中，大部分都包含與免疫檢查點抑制劑聯用的患者組。

除了優化新抗原的選擇和遞送方式以外，開發驗證疫苗效力的生物標志物將幫助對疫苗進行檢測和篩選，從而最大化疫苗的效果。個體化癌癥疫苗在最近公布結果的早期臨床試驗中顯示了可喜的療效，這些進展離不開癌癥基因組學、癌癥免疫學、疫苗開發、腫瘤學和診斷領域研究人員的系統努力。而擴大癌癥疫苗的生產和開發需要醫藥級別的生產專家和對疫苗反應、腫瘤因此產生的抗性，以及患者嚴重副作用的系統性臨床監控。這將需要學術界和工業界的緊密合作。

我們期待，在生態圈所有成員的努力下，個體化癌癥疫苗能夠充分發揮它的潛力，成為癌癥免疫領域繼免疫檢查點抑制劑和CAR-T療法之后的第三個突破！

參考資料：

[1] The New Personalized Cancer Treatment: Why Neoantigen Vaccines Could Be The Next Big Immunotherapy Breakthrough. Retrieved August 9, 2019, from https://www.cbinsights.com/research/report/what-are-neoantigen-vaccines-personalized-cancer-treatment/

[2] Personalized Cancer Vaccines in Clinical Trials. Retrieved August 9, 2019, from https://www.the-scientist.com/features/personalized-cancer-vaccines-in-clinical-trials-66075

[3] Kula et al. (2019). T-Scan: A Genome-wide Method for the Systematic Discovery of T Cell Epitopes. Cell, https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.07.009.

[4] Aldous and Dong, (2018). Personalized neoantigen vaccines: A new approach to cancer immunotherapy. Bioorganic & Medicinal Chemistry.

[5] Hollingsworth & Jansen, (2019). Turning the corner on therapeutic cancer vaccines. NPJ Vaccines, https://doi.org/10.1038/s41541-019-0103-y

來源：新浪醫藥  藥明康德