一文解析肿瘤免疫治疗的原理、机制、分类

肿瘤免疫治疗是指应用免疫学原理和方法，通过激活体内的免疫细胞和增强机体抗肿瘤免疫应答，特异性地清除肿瘤微小残留病灶、抑制肿瘤生长，打破免疫耐受的治疗方法。肿瘤免疫治疗就是要克服肿瘤免疫逃逸的机制，从而重新唤醒免疫细胞来清除癌细胞。由于其副作用小、治疗效果明显，正逐渐成为未来肿瘤治疗的发展方向，被称为继手术、放疗和化疗之后的第四大肿瘤治疗技术。

肿瘤免疫治疗发展历程大事件

一、肿瘤的免疫编辑

肿瘤是免疫逃逸的结果。肿瘤细胞是一种不正常的细胞，表现为基因突变和致癌基因的过表达。这些突变或异常表达的蛋白是免疫细胞赖以识别癌细胞的基础。理论上，免疫细胞可以随时清除不正常的细胞，从而把肿瘤消灭于萌芽状态，即所谓的“免疫监视”。但免疫监视作用并不能完全地避免恶性肿瘤的发生，而且肿瘤一旦产生就会随着病情的发展，其恶性程度渐进增加，并最终发生广泛转移。

“肿瘤免疫编辑”学说提出，癌细胞在机体内发生、发展是一个免疫系统与癌细胞一系列动态复杂的相互作用过程，此过程可以分为三个阶段：清除(Elimination)、平衡(Equilibration)和逃逸(Escape)。

①“清除”状态

新生的肿瘤具有较强的抗原性，较易被免疫系统识别并将其清除。非特异的天然免疫机制(如吞噬细胞，天然杀伤细胞等)和特异的获得性免疫机制(如CD4+T细胞，CD8+T细胞)都参与这个肿瘤细胞的清除过程。如果清除过程彻底，肿瘤细胞被完全排除，免疫编辑过程就此结束。如果一些变异的肿瘤细胞逃过了免疫编辑的“清除”作用而存活下来，它们与免疫系统的关系就进入了第二种状态，即“平衡”状态。

②“平衡”状态

在这种状态下，肿瘤细胞的抗原性减弱，因而不会轻易被免疫系统识别和清除，但又时时处在免疫系统的清除压力下，因而不能过度生长，表现为检查不到可见的肿瘤。特异的获得性免疫是维持这种平衡状态的主要机制，一般认为天然免疫机制不参与这个过程。免疫编辑的平衡状态实际上就是一种带瘤生存状态。但这种平衡状态是动态的，肿瘤细胞在免疫系统的压力下，其基因有可能会发生变化，这种基因突变产生的“积累效应”达到一定程度时，就可能打破平稳，使免疫系统与肿瘤的关系进入“逃逸”阶段。

③“逃逸”阶段

肿瘤免疫逃逸机制可归纳为肿瘤细胞自身修饰和代谢及肿瘤微环境的改变。这个阶段的肿瘤细胞可以产生一系列恶性表型，如不能表达MHC分子，或不能产生肿瘤肽。由于MHC和肿瘤肽是T细胞识别肿瘤细胞的靶标，肿瘤细胞的这种变化使T细胞失去了对它的识别能力，从而逃脱免疫杀伤。此外，肿瘤细胞会使自己的细胞凋亡信号通路发生变化，使免疫细胞诱导的肿瘤细胞凋亡机制失效。同时，肿瘤会产生一个抑制免疫细胞的微环境，在这个微环境中，肿瘤细胞会释放一些具有免疫抑制功能的分子，如TGF-β，IL-10等，并能诱导产生表达CTLA-4的调节T淋巴细胞，对其他免疫细胞产生抑制作用，导致免疫系统产生对肿瘤的免疫耐受。到这个阶段，免疫系统的抗肿瘤机制已全面崩溃，肿瘤生长完全失控并广泛转移。

图3：肿瘤免疫逃逸机制

二、肿瘤免疫治疗的分类

肿瘤免疫治疗可以广义地分为非特异性和肿瘤抗原特异性两大类。非特异性的手段包括非特异性免疫刺激和免疫检验点阻断;而肿瘤抗原特异性的方法主要是各种肿瘤疫苗和过继性免疫细胞治疗。

肿瘤免疫治疗种类

① 非特异性免疫刺激： 包括淋巴因子激活的杀伤细胞(LAK)疗法和细胞因子介导的杀伤细胞(CIK)疗法。

LAK疗法是利用白细胞介素2(IL-2)刺激外周血淋巴细胞免疫活性细胞，这些细胞主要是由很多种淋巴细胞组成的混合体，包括NK细胞和T淋巴细胞，在体外对肿瘤具有人类白细胞抗原(HLA)非依赖型的杀伤作用，LAK细胞杀伤靶细胞的机制与NK细胞类似，可以通过细胞与细胞接触识别靶细胞表面结构，也可以通过分泌细胞因子参与杀伤肿瘤细胞。它对肾细胞癌、恶性黑色素瘤、鼻咽癌、非霍奇金淋巴瘤疗效较好，对控制微小残留灶及恶性胸腹水治疗效果比较显著。

CIK细胞由于来源于患者或健康人的外周血，培养扩增相对容易，目前已经进行了大量临床实验治疗多种肿瘤，如肾癌何杰金淋巴瘤和非何杰金淋巴瘤白血病以及肝癌等。与LAK细胞相比，CIK细胞增殖速度更快，杀瘤活性更高，杀瘤谱更广，且对多重耐药肿瘤细胞同样敏感，对正常骨髓造血前体细胞毒性小，能抵抗肿瘤细胞引发的效应细胞Fas-FasL凋亡等特点，广泛用于肿瘤的辅助治疗。

② 免疫检查点单抗：免疫抑制细胞因子和生物活性分子均可抑制T淋巴细胞功能。T淋巴细胞、肿瘤细胞与肿瘤微环境中的其他细胞之间的相互作用可激活免疫检查点，肿瘤利用免疫检查点通路进行免疫逃避。

T淋巴细胞的激活需要两个信号：MHC-多肽信号和共刺激分子信号。共刺激分子的信号主要有正向共刺激因子CD27、CD28和CD137通路，和避免T细胞被过度刺激的负相共刺激因子细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(CTLA4)通路和程序性死亡分子1(PD1)/程序性死亡分子1配体(PD-L1)通路。这种抑制通路会被肿瘤劫持用来对抗免疫系统，因此采用正向共刺激因子激动剂或负向共刺激因子拮抗剂可以达到提高对肿瘤的免疫杀伤作用。一段时间以来，CTLA-4被用来靶向免疫治疗。

CTLA-4单抗Ipilimumab是最先被美国FDA批准上市的免疫检验点抑制剂。该抗体由Medarex公司发现，授权百时美施贵宝(BMS)开发，在恶性黑色素肿瘤患者上取得显著生存获益，于2011年在美国批准上市。另一个CTLA-4单抗tremelimumab也是由Medarex公司发现，经辉瑞开发，现又转让给阿斯利康继续开发。PD1/PD-L1单抗比CTLA-4单抗有更强的抗肿瘤作用。百时美施贵宝与默沙东的两款PD-1抗体(Nivolumab和Pembrolizumab)在2014年底相继获批上市。2016年罗氏的Atezolizumab作为第一个PD-L1单抗获批上市。2017年是辉瑞和默克生产的Avelumab和阿斯利康生产的Durvalumab相继获批上市。2018年百时美施贵宝与默沙东的两款PD-1抗体(Nivolumab和Pembrolizumab)在中国获批上市，君实生物的特瑞普利单抗和信达生物的信迪利单抗两款国产PD-1单抗也陆续获批上市。

③ 肿瘤疫苗：肿瘤疫苗来源于自体或异体肿瘤细胞或其粗提取物，带有肿瘤特异性抗原(TSA)或肿瘤相关抗原(TAA)，通过激发特异性免疫功能来攻击肿瘤细胞，客服肿瘤产物所引起的免疫抑制状态，增强TAA的免疫原性，提高自身免疫力来消灭肿瘤。根据肿瘤疫苗的来源，又可分为肿瘤细胞疫苗、基因疫苗、多肽疫苗、树突状细胞疫苗等。

④ 过继性免疫细胞治疗：包括肿瘤浸润性淋巴细胞(TIL)治疗，T细胞受体嵌合型T细胞(TCR-T)，嵌合抗原受体T细胞技术(CAR-T)。

非特异性免疫刺激和免疫检查点单抗都是通过增强已有的免疫系统来发挥抗肿瘤作用，不能促使免疫细胞攻击肿瘤;肿瘤疫苗通过激发特异性免疫功能来攻击肿瘤细胞，但是治疗效果并不是特别好;过继性免疫效应细胞治疗，是指从肿瘤患者中分离免疫活性细胞，在体外进行扩增和功能鉴定，然后向患者转输，增强了杀伤肿瘤的免疫细胞数量，并且从而直接杀伤肿瘤或激发机体的免疫应答杀伤肿瘤细胞。治疗的特异性和靶向性是目前研究的重点和未来的发展方向，因此TCR-T和CAR-T因能够表达特异性受体靶向识别特异性的肿瘤细胞，受到广泛的关注和研究，从最开始的基础免疫研究转变为临床应用。

图4：过继性免疫细胞治疗

TCR-T 和 和 CAR-T 的区别

T淋巴细胞是肿瘤细胞的天敌，在肿瘤免疫应答中起主要作用，对肿瘤细胞有极强的杀伤作用。但是，使用内源性T细胞进行肿瘤免疫治疗时，靶抗原需经过加工处理后才能和靶细胞表面的主要组织相容性复合物(main histocompatibility complex，MHC)作用，即“MHC限制性”。然而，肿瘤免疫编辑的过程会使MHC在肿瘤细胞表面表达下降，破坏抗原加工过程，降低肽段免疫原性。这样长期形成的免疫逃逸机制，能使肿瘤细胞成功躲避T淋巴细胞攻击，肿瘤快速增殖。此外，人体内肿瘤特异性T淋巴细胞数量较少，并且由于大多数肿瘤细胞不断表达自体抗原，使得靶向这些抗原的T淋巴细胞通过免疫耐受机制被中和或移除，数量进一步减少。因此，提高提高T淋巴细胞的识别能力的关键就在于改进“T淋巴细胞受体”，因而产生了这两种细胞免疫治疗技术：TCR-T和CAR-T。

① TCR-T ：TCR-T通过转导嵌合抗原受体(融合抗原结合域及T细胞信号结构域)或者TCR α/β异二聚体，来提高特异性识别肿瘤相关抗原(Tumor Associated Antigen, TAA)的TCR的亲和力和战斗力，使T淋巴细胞能够重新高效的识别靶细胞。通过输注能够识别特异靶标的基因修饰T淋巴细胞，赋予免疫系统以新的非自然免疫活性。这种方法除了能像细胞毒性化疗和靶向治疗快速杀灭肿瘤外，还避免了疫苗和T淋巴细胞检查点疗法的延迟效应。TCR基因治疗临床有效率相对较低，寻找有效的肿瘤靶抗原克隆高亲和性的TCR受体以及优化TCR的转化效率是目前的研究重点。

② CAR-T ：CAR-T细胞是通过基因工程获得携带识别肿瘤抗原特异性受体的T细胞，不需抗原处理和提呈，可直接识别肿瘤相关抗原，激活T细胞分泌多种细胞因子杀伤靶细胞。因此CAR-T细胞可以克服了主要组织相容性复合体限制性，同时通过增加共刺激分子信号，增强了T细胞的抗肿瘤效应。此外，CAR-T细胞可以准确高效地定位到肿瘤靶点并长期表达，在持久抗肿瘤作用中比单克隆抗体更有效。

TCR-T和CAR-T这两种技术的一个共同点在于通过基因改造的手段提高T细胞受体对特异性癌症细胞抗原的识别能力和进攻能力。因此也都统称为“T细胞受体重新定向”技术(T cell receptor redirection)。但两者所使用的方法是不同的。TCR-T只是通过转入靶向识别基因来使T细胞获得抗癌效果，而CAR-T使TCR头部直接换成特异性的抗体，对T细胞的改动更大，这样就可以让T细胞就在抗体的指引下直接进攻癌细胞。

表3：TCR-T 和 CAR-T 比较