肿瘤新生抗原：从发现到肿瘤免疫治疗

原创 水母 佰傲谷+ 

随着基因组测序的广泛应用和新生抗原预测技术的发展，基于新生抗原的免疫治疗成为新的研究热点。过去五年的研究表明新生抗原在肿瘤免疫治疗中起着关键作用，新生抗原的识别筛选和鉴定加速了肿瘤患者个性化免疫治疗的发展，终将使更多患者受益。

一、什么是新生抗原，如何鉴定新生抗原？

肿瘤细胞的遗传不稳定常导致大量突变，非同义突变的表达可产生肿瘤特异性抗原，称为新生抗原。部分新生抗原可在细胞表面表达、加工和呈现，随后在主要组织相容性复合物（MHCs）分子的作用下被T细胞识别。目前，新生抗原似乎是基于T细胞的癌症免疫治疗的理想靶点。

（1）新生抗原是如何发现的？

1988年De Plaen及其同事利用cDNA文库筛选，在小鼠肿瘤模型中发现了第一个可以被T细胞识别的新生抗原。他们发现，正常基因和肿瘤基因之间只有一个核苷酸不同，这个突变产生了一个氨基酸的变化。此后，在黑色素瘤、肾细胞癌等多种人类肿瘤中发现了一系列来自体细胞突变的新生抗原（见图1）。

图1. 肿瘤新生抗原的历史概述

（2）如何识别肿瘤细胞中的新生抗原？

将cDNA文库和MHCs分子在细胞系中过量表达，然后与T细胞共培养，以确定能够诱导T细胞活化的抗原。但该方法耗费人力、成本高，且不能有效识别所有肿瘤抗原。新一代测序（NGS）技术的快速发展，使得快速比较肿瘤细胞和正常细胞的DNA序列，识别肿瘤特异性突变成为可能。2012年，NGS技术首次被报道应用于小鼠肿瘤模型中新生抗原的鉴定，并很快得到广泛应用。目前，基于全外显子组测序(WES)技术和不断优化的生物信息学算法，已经发现了很多新生抗原，且效率高、覆盖面广、假阴性率低（见图2）。即使采用复杂的机器学习方法对预测算法返回的候选新生抗原进行优选，但科学家们还是要回到湿实验室实验中去验证潜在的新生抗原是否具有活性，是否能够引发患者真正的抗肿瘤反应。

图2. 使用肿瘤WES鉴定新生抗原概述

二、如何开发个性化的新生抗原疫苗？

2015年，Carreno及其同事报道了首个使用新生抗原疫苗的人类临床试验。在研究中，给3名晚期黑色素瘤患者接种了基于树突状细胞（DC）的个性化疫苗，旨在激活患者癌症中特异性T细胞，确实扩大了T细胞免疫力和抗肿瘤免疫反应的广度。

（1）新生抗原疫苗的主要剂型

针对新生抗原的肿瘤疫苗主要包括DNA/RNA、DC和合成多肽（SLP）疫苗等（图3），每种剂型都有明显的优缺点，如下表：

图3.新生抗原疫苗的主要剂型

（2）如何开发个性化新生抗原疫苗？

虽然每家研发新生抗原疫苗的公司之间存在一些差异，但通常情况下，有一个大致的共同流程（见图4）。

图4.新生抗原疫苗如何发挥作用

第一步选择最有效的新生抗原，并确定它们是公开的（也称为“共享的”）还是个性化的。

第二步根据不同的策略开发和制造疫苗，包括：（1）化学合成新生抗原肽，然后将纯化后的新生抗原注射到患者体内，引起T细胞反应。（2）合成RNA或DNA作为模板。（3）利用病毒感染癌细胞，使新生抗原溶解并溢出到环境中。（4）在实验室中，从患者自身的血液中产生抗原呈递细胞（APCs），并将其重新注入患者体内，APCs将刺激T细胞的活性。

最后一步，当疫苗准备好后，就给患者注射。对比研究表明，肿瘤疫苗和其他疗法的联合治疗比单一疗法更有效。所以探索这些新生抗原疫苗如何与其他疗法或药物结合，也是临床反应成功的重要环节（见图5）。

图5. 开发疫苗的多种方法

（3）提高癌症个性化新生抗原疫苗的策略

在Catherine J. Wu及其同事发表的论文中，他们提出了4种可望在短期内改善新生抗原疫苗的策略，如图6所示。

第一，改进抗原预测。改进HLA结合算法，增加靶向癌细胞表达的新生抗原的可能性，基于质谱的方法可以识别被肿瘤细胞处理和呈现的肽。

第二，开发联合治疗方案。个性化新生抗原疫苗可与其他疗法如检查点抑制剂（ICIs）联合使用，防止免疫逃逸。放疗、化疗等传统治疗方法也可以增强新生抗原疫苗的作用。

第三，开发和使用临床前模型。临床前模型的使用对优化剂量、给药途径、免疫佐剂和疫苗给药方法非常重要。

第四，改进生产过程。个性化疫苗的生产可能更加昂贵和耗时。简化表位的分析和选择，简化多肽或DNA的快速生产，将大幅降低个性化疫苗的成本和生产时间。

图6.提高癌症个性化新生抗原疫苗的策略

三、基于新生抗原的肿瘤免疫疗法

2018年诺贝尔生理学或医学奖授予了詹姆斯-P-艾利森和本庶佑，以表彰他们发现的通过抑制负免疫调节来治疗癌症。CAR-T细胞疗法和ICIs已经在临床试验中被证明是有效的。然而，CAR-T和ICIs都有局限性。CAR-T方法不能很好地用于实体瘤，而ICIs的客观反应率在大多数肿瘤类型中是有限的。因此，只有一小部分患者能从这些治疗方法中获益。于是，越来越多的研究集中在了解生物学基础，确定哪些患者可能对治疗方法有反应或无反应，以及如何提高疗效。一个合理的方法是将ICIs与个性化新生抗原疫苗相结合。

图7. 阻断PD-1或PD-L1使T细胞杀死肿瘤细胞

另一方面，肿瘤环境中存在的抑制信号可以防止T细胞被激活、扩增或浸润肿瘤。研究还表明，肿瘤疫苗在刺激患者免疫系统的同时，还可以提高免疫抑制效果。对比研究表明，新生抗原疫苗与ICIs的联合治疗可以获得更高的疗效率。（见图8）。

图8. 新生抗原疫苗与其他疗法的组合

四、新生抗原临床研究及主要参与者

整体而言，全球新生抗原疗法行业仍然处于实验研究阶段，尚无产品上市。根据美国临床试验数据库（ClinicalTrials），欧美企业领头新生抗原疫苗的研发，合计65项临床研，中国企业紧跟其后，共13项临床研究。新生抗原疗法的前三适应症分别为黑色素瘤（12%）、乳腺癌（9%）及肺癌（9%）。国际上大约有34家业务涉及新生抗原疗法领域的公司，而且不断有新公司崭露头角。

目前国内外开发新生抗原疗法的主要代表性公司见下：

五、展望

一般来说，新生抗原疫苗疗法仍是癌症免疫治疗的新方法。目前已进行和提交的临床试验大多处于1期状态，制药公司正在尝试进行更多的2期试验。我们很高兴地看到更多的研究正在覆盖更广泛的癌症类型，甚至是实体瘤。尤其是使用ICIs或化疗的联合疗法可能会更加普遍。随着更多的科学和临床数据揭示了基于新生抗原疫苗疗法在多种癌症类型中的疗效，以及对新生抗原生物学特性的更好理解，我们有丰富的理由相信，基于新生抗原的疗法是癌症免疫疗法中很有前景的领域。

参考文献

[1] Hu, Zhuting, Patrick A. Ott, and Catherine J. Wu. "Towards personalized, tumour-specific, therapeutic vaccines for cancer." Nature Reviews Immunology 18.3 (2018): 168.

[2] Ott, Patrick A., et al. "An immunogenic personal neoantigen vaccine for patients with melanoma." Nature 547.7662 (2017): 217-221.

精准医疗专栏介绍

1860年，美国著名作家兼医生奥利佛·温德尔·霍姆斯说道：“若将所有的药物“沉入海底的话，对人类来说是一大福音，不过对鱼儿们却是诅咒”。这一观念是霍姆斯在考察当年的医疗情况后提出，他发现很多人不仅服药无效，反而深受药品副作用之害，其深层的原因就是没有实施个性化治疗。

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