溫銘杰 于明航 王 璽

(首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)系，北京 100069)

免疫學(xué)是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中基礎(chǔ)性、前沿性的學(xué)科，而免疫學(xué)研究在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的特殊地位使其倍受諾貝爾獎的青睞。在20世紀，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予免疫學(xué)領(lǐng)域多達18次，并且首屆諾貝爾獎(1901年)就授予免疫學(xué)領(lǐng)域——褒獎免疫學(xué)家開創(chuàng)免疫血清療法，應(yīng)用抗毒素成功治愈白喉患兒。由于分子生物學(xué)的發(fā)展，20世紀70年代后，免疫學(xué)更是蓬勃發(fā)展，幾乎每10年就有3次獲獎。巧合的是，2018年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎再次授予的免疫學(xué)領(lǐng)域仍是抗體的臨床應(yīng)用——而此次是在腫瘤免疫治療方面。其中詹姆斯·艾利森教授率先提出了免疫檢查點(immune checkpoint)的概念，并且最早在小鼠實驗中證明T細胞表面細胞毒T淋巴細胞抗原-4(cytotoxic T lymphocyte antigen-4，CTLA-4)抗體可以解除免疫抑制從而控制腫瘤的發(fā)展；另一位平分諾貝爾獎的日本免疫學(xué)家本庶佑教授則首次發(fā)現(xiàn)了PD-1基因，并且致力于PD-1抗體的研發(fā)和臨床應(yīng)用；兩位免疫學(xué)家通過阻斷免疫細胞表面的抑制分子以解除免疫系統(tǒng)的抑制，從而更有效的對抗腫瘤。詹姆斯·艾利森和本庶佑兩位科學(xué)家的貢獻為人類健康及癌癥治療開辟了一個嶄新領(lǐng)域，針對PD-1和CTLA-4等免疫抑制分子的免疫檢查點療法可認為是腫瘤免疫治療的里程碑事件。

1 獲獎?wù)吆喗?/h2>

1.1 James P. Allison

James P. Allison(圖1)，1948年8月7日出生于美國德克薩斯州，免疫學(xué)家，美國科學(xué)院院士。1973年獲得德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校博士學(xué)位； 1977年成為德克薩斯大學(xué)系統(tǒng)癌癥中心的教員；2012年為德克薩斯大學(xué)安德森癌癥中心免疫學(xué)系教授兼主任。1995年發(fā)現(xiàn)CTLA-4可負性調(diào)節(jié)免疫功能，并在動物模型上證明CTLA-4抗體可激活T細胞抑制腫瘤的生長。因在癌癥免疫治療等領(lǐng)域的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，2008年獲得美國免疫學(xué)家協(xié)會(American Association of Immunologist, AAI)斯坦曼獎；2011年獲得美國免疫學(xué)家終身成就獎；2014年獲得生命科學(xué)突破獎、首屆唐獎“生技醫(yī)藥獎”；2015年獲得“拉斯克臨床醫(yī)學(xué)獎”；2016年獲得首屆“復(fù)旦-中植科學(xué)獎”；2017年獲得沃倫阿爾珀特基金會獎。

1.2 Tasuku Honjo

Tasuku Honjo(圖2)，1942年1月27日出生于日本京都，免疫學(xué)家，美國科學(xué)院外籍院士，德國自然科學(xué)家學(xué)會會員，日本學(xué)士院會員。1966年在京都大學(xué)醫(yī)學(xué)院獲得醫(yī)學(xué)博士學(xué)位，1975年獲得醫(yī)學(xué)化學(xué)博士學(xué)位。1974年任東京大學(xué)的教員，現(xiàn)為京都大學(xué)高等研究院杰出教授；1988年以來一直是AAI榮譽會員。1992年首次報道程序性死亡(蛋白)-1(programmed death-1，PD-1)，并發(fā)現(xiàn)PD-1在免疫應(yīng)答中發(fā)揮負性調(diào)節(jié)作用。因在免疫領(lǐng)域的多項開創(chuàng)性工作，2012年獲得羅伯特·科赫獎，2014年獲得首屆唐獎生技醫(yī)藥獎；2014年獲得國際免疫學(xué)威廉·科利獎；2016年獲得首屆“復(fù)旦-中植科學(xué)獎”；2017年獲得沃倫阿爾珀特基金會獎。

圖2 Tasuku Honjo[2]

2 主要科學(xué)貢獻[1]

免疫系統(tǒng)是機體執(zhí)行免疫應(yīng)答及免疫功能的重要系統(tǒng)，可防止細菌、病毒等病原體入侵及體內(nèi)腫瘤形成。癌癥是由DNA損傷等多種因素導(dǎo)致正常細胞突變?yōu)榘┘毎?，進而不正常分裂增生、轉(zhuǎn)移而造成的[2]。20世紀，癌癥治療主要采用手術(shù)切除、化學(xué)藥物治療和放射治療等手段[3]，但仍不能有效治愈癌癥。近幾十年的研究顯示，腫瘤免疫逃逸是治療失敗的重要原因。因此世界各國的免疫學(xué)家和臨床工作者積極探索治療癌癥的免疫療法，其設(shè)計思想主要是通過增強人體自身免疫系統(tǒng)，繼而清除體內(nèi)的腫瘤細胞。目前，癌癥免疫療法主要包括過繼細胞療法，免疫檢查點阻斷劑，非特異性免疫激活劑與癌癥疫苗等四大類。本屆榮獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的就是免疫檢查點阻斷劑療法。

2.1 免疫檢查點CTLA-4和PD-1的發(fā)現(xiàn)及其在腫瘤免疫中的重要作用

20世紀中期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)機體免疫系統(tǒng)可抑制腫瘤增生，但在絕大多數(shù)情況下無法完全扼制腫瘤生長，即發(fā)生了“腫瘤免疫逃逸”，從而使得腫瘤能夠進一步發(fā)展、轉(zhuǎn)移[4-7]，但腫瘤免疫逃逸的分子機制尚不清楚。

20 世紀 80 年代后期James P. Allison博士在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)CTLA-4 可能作為T 細胞應(yīng)答的抑制分子調(diào)控 T 細胞的活化反應(yīng)，與此同時，Jeffrey A. Bluestone 與Craig B. Thompson團隊也認識到T細胞免疫檢查點的存在。1995年，華裔科學(xué)家Tak Wah Mak和美國免疫學(xué)家Arlene H. Sharpe分別在小鼠中敲除CTLA-4基因[8]，發(fā)現(xiàn)小鼠出生幾周后，就因T細胞在多個器官廣泛浸潤活化而產(chǎn)生的“免疫風(fēng)暴”而死亡，從而更加證實了Jeffrey A. Bluestone通和James P. Allison的發(fā)現(xiàn)[9]。于是，James P. Allison教授和其博士后Dana Leach設(shè)計并制備抗CTLA-4分子的單克隆抗體，將其注入荷瘤小鼠體內(nèi)，觀察“關(guān)閉”T細胞抑制分子CTLA-4的免疫抑制功能后小鼠體內(nèi)腫瘤的變化[10-11]。小鼠體內(nèi)的免疫細胞開始攻擊腫瘤，使得腫瘤體積變小，結(jié)果顯示，小鼠生存期延長。因此，1996 年，James P. Allison首次證明抗體阻斷T 細胞抑制分子(CTLA-4)可增強抗腫瘤免疫反應(yīng)并清除腫瘤(圖3)。

圖3 CTLA-4單克隆抗體的抑瘤效應(yīng)[1]

James P. Allison及其合作者發(fā)現(xiàn)：抗CTLA-4單克隆抗體應(yīng)用荷瘤小鼠后能夠阻斷CTLA-4的抑制效應(yīng)(解除剎車)，控制腫瘤生長。

與此同時，日本免疫學(xué)家Tasuku Honjo教授研究組在1992年首次發(fā)現(xiàn)免疫細胞表面的一種特殊蛋白質(zhì)(PD-1蛋白)[12]，為了研究PD-1 的功能，Tasuku Honjo實驗室將小鼠PD-1 基因敲除，并觀察敲除小鼠。研究團隊發(fā)現(xiàn)缺乏 PD-1 的小鼠可發(fā)生多種自身免疫病，因為小鼠體內(nèi)的免疫反應(yīng)過強，而攻擊自身正常組織[13-14]。因此，Tasuku Honjo認為PD-1 可能是免疫系統(tǒng)的剎車器，進一步研究發(fā)現(xiàn)抑制 PD-1后能夠活化 T 細胞，繼而增強機體免疫功能，從而達到治療癌癥的目的。與此相輔相成的是在1992年，美國著名華人免疫科學(xué)家陳列平在Cell雜志上首次提出以PD-1配體(B7-H1)為靶點的免疫治療設(shè)想，開創(chuàng)了腫瘤免疫治療的全新理念，并且陳列平教授的發(fā)現(xiàn)是人類首次在動物實驗中觀察到，惡性腫瘤可以用免疫療法徹底治愈[15]。在此基礎(chǔ)上，免疫學(xué)界開啟了對抗腫瘤的新方法——免疫檢查點阻斷療法。

2.2 免疫檢查點藥物的臨床應(yīng)用

由于腫瘤免疫檢查點阻斷療法在動物實驗中取得令人振奮的結(jié)果，備受鼓舞的James P. Allison迫不及待地想在腫瘤患者中驗證其療效。2000年，生物技術(shù)公司Medarex按照James P. Allison的方法，制備出可在人體使用的CTLA-4單克隆抗體——伊匹單抗(Ipilimumab)。2010年，Ipilimumab的第一個Ⅲ期臨床試驗結(jié)果公布：與傳統(tǒng)療法相比，Ipilimumab 能將晚期黑色素瘤(metastatic melanoma)的存活時間從6.4個月延長到10個月(P<0.001)。2011年，美國食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration， FDA)批準Ipilimumab用于晚期黑色素瘤治療——這是第一個獲批的腫瘤免疫檢查點阻斷劑。

繼Ipilimumab之后，越來越多科學(xué)家認識到免疫檢查點療法的重要性。Tasuku Honjo自從發(fā)現(xiàn)PD-1后，多年來堅持探索其功能。2000年，Tasuku Honjo教授與哈佛醫(yī)學(xué)院的Gordon J.Freeman發(fā)現(xiàn)B7家族新成員PD-L1能夠與T細胞表面的PD-1結(jié)合抑制T細胞活化，參與腫瘤免疫逃逸[16]。陳列平教授則第一個使用單克隆抗體阻斷PD-1的抑制效應(yīng)，發(fā)起并參與組織了PD-1免疫療法的第一個臨床試驗[17]。在此期間，Tasuku Honjo教授帶領(lǐng)他的研究團隊，從 PD-1 抗體的動物實驗開始[18](圖4)，之后又與藥廠合作在美國及日本進行針對PD-1的新藥研發(fā)，2014年P(guān)D-1阻斷藥物納武單抗OPDIVO(Nivolumab)在日本首先獲得批準。這一新藥作為具有劃時代意義的“癌癥免疫療法”備受世界矚目，該療法同時也被Science評選為2013年的 “年度突破” 之一。

PD-1抑制劑的出現(xiàn)，使得免疫療法的治療范圍從轉(zhuǎn)移性黑色素瘤擴展到了包括肺癌、腎癌、頭頸癌、淋巴瘤等在內(nèi)的多種腫瘤。目前為止，F(xiàn)DA已經(jīng)批準5個PD-1/PD-L1藥物上市用于臨床治療，包括PD-1抑制劑Nivolumab和Pembrolizumab，以及PD-L1抑制劑Atezolizumab、Avelumab和Durvalumab；而我國國家藥品監(jiān)督管理局也于今年6月份批準PD-1抑制劑納武利尤單抗注射液(Nivolumab infection)在中國上市應(yīng)用，突顯了我國對腫瘤免疫檢查點療法的重視。由此，由艾利森開啟并發(fā)展的免疫檢查點療法方興未艾。其原理如圖5所示。

圖4 PD-1單克隆抗體的抑瘤效應(yīng)[1]

Tasuku Honjo及其合作者發(fā)現(xiàn)：抗PD-1單克隆抗體應(yīng)用荷瘤(轉(zhuǎn)移性黑色素瘤)小鼠后能夠阻斷PD-1的抑制效應(yīng)(解除剎車)，控制腫瘤生長。

圖5 CTLA-4和PD-1的免疫抑制作用及相應(yīng)抗體的剎車效應(yīng)[1]

A：T細胞激活需要雙信號：一是T細胞受體(TCR)識別結(jié)合抗原提呈細胞(APC)表面的MHC-抗原肽復(fù)合物；二是T細胞表面CD28與APC表面B7分子結(jié)合的共刺激信號； 而CTLA-4則作為“剎車”與B7結(jié)合抑制T細胞的活化。B：抗CTLA-4抗體(綠色)可阻斷“剎車”功能，導(dǎo)致T細胞激活，攻擊癌細胞。C：PD-1是另一種抑制T細胞活化的“剎車”分子。D：抗PD-1抗體可阻斷“剎車”功能，導(dǎo)致T細胞激活，高效攻擊癌細胞。

2.3 科學(xué)意義與展望

和傳統(tǒng)的抗癌化療藥物和靶向腫瘤表面抗原的靶向藥物相比，免疫檢查點療法所用的CTLA-4和PD-1單克隆抗體具有獨特優(yōu)勢：首先,它通過抑制CTLA-4和PD-1的作用，使腫瘤微環(huán)境中的免疫功能“正常化”，可針對多種癌癥發(fā)揮作用；其次,它的不良反應(yīng)相對較?。坏谌?，目前用于無其它療法可用的晚期癌癥患者，可多次給藥。這使得免疫檢查點藥物能夠成為治療多種類型癌癥的廣譜免疫制劑。最新臨床研究結(jié)果顯示，同時靶向CTLA-4和PD-1的聯(lián)合療法或許能夠更有效地治療黑色素瘤患者[19]。因此，同時針對多個免疫檢查點的聯(lián)合免疫治療、手術(shù)/化學(xué)藥物治療/放射治療聯(lián)合免疫治療、如何提高免疫治療的反應(yīng)率、如何控制免疫治療成本從而降低昂貴的價格，以及針對自身免疫病等其他類疾病的免疫治療等，將是該類藥物接下來的研究方向和需要解決的重要問題。