【 进入 2017 年，当红辣子鸡 PD- 1 疗法，一路横扫多个适应症。而 CAR- T 治疗的“小车”在获得 FDA 专委会推荐后也已经走上高速路，成为免疫治疗又一里程碑事件。PD-1、CAR- T 之后，下一个免疫治疗产品又将花落谁家？
7 月初，Nature 同期发表 2 项临床试验结果，突然引爆个性化肿瘤疫苗热点，新技术是横空出世吗？还是有三生三世，十里桃花早已播种？ 】
Nature 为引，本文让你一文看懂，解读个体化肿瘤疫苗前世今生，窥探未来发展。
个性化肿瘤疫苗星火早现，顶级联盟成立只为攻关克难
7 月 5 日，《Nature》杂志同期发表两项独立临床 I 期试验结果，来自美国 Dana－Farber 癌症中心和德国美因茨大学的两个研究团队，分别展示了其“个性化肿瘤疫苗”在临床治疗上取得的重大突破。 继 PD-1/PD-L1 抗体、CAR- T 细胞治疗之后，“个性化肿瘤疫苗”迅速进入大众视野，并成为免疫治疗新的讨论和研究热点。但“个性化肿瘤疫苗”并不是横空出世的崭新技术，在进入大众视野之前，其早已受到学术界、产业界的热烈追捧。
在免疫治疗抗议癌症的战斗中，以 PD-1/PD-L1 抗体为代表的免疫药物疗法，和以 CAR- T 为代表的免疫细胞疗法，正在逐步革新肿瘤治疗的传统范式，但这两种疗法也都还存在一些不足：PD-1/PD-L1 药物的作用机制非常复杂，受益群体相对有限，部分患者还可能存在耐药和加速进展的风险。CAR- T 疗法涉及基因工程改造，还可能会引发细胞因子风暴，而且靶点过于单一，且在实体瘤中效果不佳。为此，科学家们努力尝试寻找新的治疗方法，以弥补上述两种免疫疗法的不足。研究肿瘤新抗原，并藉此开发个性化肿瘤疫苗，就成为了一个重要而又热门的方向。
个性化肿瘤疫苗如此重要，以至于 MD Anderson Cancer Center、Broad Institure、BMS、Genetech 等 30 多家国外顶级机构纷纷布局和追逐。去年 12 月份，在美国癌症研究所（CRI）和 Parker 研究所（PICI）的发起下，这 30 多家顶级机构达成一致，共同成立了 新 TESLA 联盟（新抗原筛查联盟——the Tumor Epitope SeLection Alliance），目的在于共同推进“个性化肿瘤疫苗”的研究和应用。值得一提的是，《Nature》两篇文章主要研究者 Catherine Wu 和 Ugur Sahin 均为新抗原相关生物公司的创始人，而他们背后的单位——Neon Therapeutics 公司以及 BioNTech 公司也都是新 TESLA 联盟的一员。
国际上的研究如火如荼，国内也不甘落后，一直朝着这一领域努力。裕策生物是中国首个加入新 TESLA 联盟的机构，其新抗原的检测分析实力上经过了全面的考核和评估，目前也已经参与到联盟内有关新抗原的项目合作。
图 1 新 TESLA 联盟部分成员
从通用到个性化，肿瘤疫苗屡败屡战史
全球癌症疫苗研究已有近 20 年的历史，目前在美国 ClinicalTrials.gov 注册 Cancer Vaccine 的临床研发项目累计多达 947 项。但治疗性肿瘤疫苗的研发每一步都举步维艰，有幸被批准上市的治疗性癌症疫苗更是寥寥无几。早前几年，包括 GSK，默克，赛诺菲在内的药企巨头都在癌症疫苗领域投入重金投入研发癌症疫苗，2011 年前后，肿瘤疫苗产品的研发达到一段黄金期。2013 年下半年以来，多个重磅疫苗的三期临床试验遭遇滑铁卢，在耗费大量精力财力后，不得不壮士断臂，其中不乏 Stimuvax（靶向 MUC1，默克公司）以及 GSK1572932A（靶向 MAGE-A3，GSK）这样的明星产品。即便是被 FDA 批准上市的首个肿瘤疫苗 Provenge，也因为成本和有效性的问题，几经转手，最终被中国一家公司收购。从研发策略来看，这些疫苗选择的都是肿瘤相关性抗原（TAA）。江苏健安生物科技有限公司创始人王建新教授曾评价：TAA 是机体自身具有的蛋白（只是在癌症细胞上大量表达而已），因此病人对这些抗原应该是早就有“中枢免疫耐受”了。因此无论如何刺激，也不能达到疗效。所以这类被称为“癌症相关抗原”的蛋白并非理想“抗原”。
随着新技术的发展，neoantigen（肿瘤新抗原）逐步进入科学家视野。neoantigen 通常由肿瘤细胞基因组突变产生，仅存在肿瘤细胞，所以又称为肿瘤特异性抗原（TSA）。由于正常细胞不会产生和表达 TSA，所以能更有效的激发机体免疫反应。《Nature》杂志同期发表两项独立临床 I 期试验结果，就是通过对肿瘤细胞进行 DNA 和 RNA 测序，寻找肿瘤细胞因基因突变而特异表达的 neoantigen，然后构建个性化的肿瘤疫苗，回输到体内激活免疫细胞，并杀死带有上述抗原的肿瘤细胞。传统肿瘤疫苗和基于新抗原的个体化肿瘤疫苗的比较见图 2。
图 2 传统疫苗 vs 个体化 neoantigen 疫苗
新抗原预测——计算出来的治疗新希望个性化肿瘤疫苗技术的突破，关键在于 neoantigen 的检测及预测技术的发展。中山大学附属肿瘤医院张晓实教授认为：“肿瘤细胞的体细胞突变是随机的，相同病理类型肿瘤的不同患者之间出现相同新抗原的可能性低于 1%，不可能“预制”新抗原。”所以每一例肿瘤患者接受治疗前，都必须检测肿瘤突变，并分析和预测可能作为治疗靶点的 neoantigen。neoantigen 领域的研究在上个世纪前半叶就已经开启，但受限于检测技术的落后，临床应用非常缓慢。
随着 NGS 测序技术的发展，筛选肿瘤特异性抗原实现了技术上的突破。2013 年，Rosenberg 团队率先利用外显子技术，在肿瘤细胞系上发现 neoantigens，并验证了其免疫反应。通过使用 NGS 技术和构建算法模型，外显子测序和转录组测序能准确表征肿瘤细胞的 DNA 和 RNA，找出可能引起免疫细胞识别的肿瘤突变，生物信息学工具的发展则提高了肿瘤新生抗原的筛选能力，基因组大数据和计算机算法加速了肿瘤表位预测以及 MHC（主要组织相容性复合体）亲和力预测，推动了个体化肿瘤疫苗的发展。
但是，新抗原的准确预测依旧是构建个性化肿瘤疫苗的最主要挑战，算法是其中的核心。 预测哪些癌症突变会导致能被免疫系统识别的新抗原，从而刺激免疫系统发现和杀死相关的癌细胞，每个实验室都有一套自己的算法和流程，标准不统一, 而且由于分析复杂度的问题，国外科学家认为目前的算法准确性预计 <40%。其中涉及基因数据预处理，突变检测，HLA 分型鉴定，表达定量，neo-peptide 预测，蛋白裂解，TAP 转运，MHC 亲和力预测，克隆状态分析以及新抗原筛选等， 这也正是新 TESLA 联盟致力于解决的技术难题。
从实验室走向临床，临床结果终获认可
Neoantigen 的检测及预测技术取得突破后，基于 neoantigen 的精准免疫治疗技术也快速发展。2014 年 -2015 年，Rosenberg、Schreiber、Delamarre、Sahin 等团队陆续应用该技术成功找到肿瘤新抗原，并在转移性胆管癌患者、晚期黑色素瘤等患者身上实现了有效的治疗。2016 年 2 月 4 日，《nature medicine》杂志针对 neoantigen 做了专题新闻报道，认为肿瘤突变作为弹药库，可以让我们对肿瘤治疗有更进一步的了解和深入的观察。
基于肿瘤新抗原的精准免疫治疗技术热度随之而升高，2016 年末，Rosenberg 筛选出了靶向 KRAS 基因 G12D 突变后新抗原的 TIL 细胞，扩增回输后使得肿瘤消退，文章发表在顶级医学杂志《NEJM》。进入 2017 年，不管是 AACR 年会，还是 ASCO 大会，都有不少肿瘤新抗原的报道， Dana－Farber 癌症研究中心的 Catherine Wu（ 本次发表的两篇《Nature》文章作者之一 ）也报道了个体化疫苗在临床上控制肿瘤的研究。在 ASCO 上检索有关 neoantigen 的摘要就有 30 篇。
之前的研究成果，都是个案的报道，《Nature》杂志的同期两篇文章，是首次在临床试验中取得成功的癌症疫苗研究。预期类似更多的研发工作将会开展，更多的临床试验结果将会发表。 在美国临床医学实验官方网站 clinicaltrials.gov 上查询，目前与 neoantigen 相关的在线备案临床试验有 49 项, 筛选出的免疫疗法临床试验有 21 项（见图 4），黑色素瘤、胶质母细胞瘤，三阴性乳腺癌，滤泡癌和非小细胞肺癌等均有涉及。2016 年 1 月 12 日，“癌症登月计划 2020”(Cancer MoonShot 2020) 启动，目标在 2020 年之前开发出以疫苗为基础的有效抗癌免疫疗法。基于 neoantigen 的精准免疫疗法将迎来发展的高潮，其应用也会受到广泛认可。
图 3 肿瘤新抗原技术发展史
图 4：neoantigen 免疫疗法临床试验总结
注：截至 2017 年 7 月，圆圈大小代表临床试验数，最小为 1
资本争相追逐，商业化产品未来可期成功的临床治疗效果令人振奋，基于 neoantigen 的精准免疫治疗的应用潜力也让人们看到了其巨大的市场价值，所以 neoantigen 的商业化应用也得到了资本的热捧，一系列的企业纷纷投身其中。
展望未来，历史有可能会惊人的相似，抗 PD- 1 药物和 CAR- T 疗法的进程，都是先经历具有划时代意义的临床研究个例，再推广到大量临床研究，进而在重要会议（PD- 1 在 2015 年 ASCO 上独占鳌头；CAR- T 在 2016 年 ASCO 上成为焦点）上大规模披露积极临床数据，因为 CAR- T 技术的复杂性和涉及到基因修饰的伦理安全性，CAR- T 疗法上市比 PD- 1 治疗滞后不少，但仍然在这个月获得 FDA 评审专家的全票通过，未来非常有可能在今年 10 月份之前被 FDA 批准。以此推断的话，如果一切顺利，未来在 2020 年，基于 neoantigen 的个体化肿瘤疫苗可能会在诸如 ASOC 这样的国际重要会议上展示大量积极的临床数据，并且有希望在经过两三年后取得上市资格。衷心希望个体化肿瘤疫苗能够给肿瘤治疗带来新的治疗理念和效果，将如今谈之色变的癌症变成慢性病，实现带瘤生存的中期目标。
图 5 个体化肿瘤疫苗未来发展历程及预测
图 6 肿瘤新抗原领域相关公司融资情况汇总
未来充满挑战，“天梯计划”助推行业发展
“我认为，在我们祝贺两篇 Nature 论文作者的精彩工作之后，我们需要冷静下来，仔细思考新抗原疫苗会面临的问题和挑战。这些问题并不都很“新”。”——美国约翰·霍普金斯大学的郑雷教授在接受《中国医学论坛报》采访时谈到。 虽然未来可期，但由于 neoantigen 预测算法尚不成熟，对肿瘤微环境认知依旧缺乏，个性化肿瘤疫苗、neoantigen 的应用仍面临巨大挑战。
为了加速最新的癌症免疫疗法，实现肿瘤防治的跨越式突破。 国内的肿瘤基因组领先技术企业裕策生物，发起了 中国抗癌“天梯计划”。“天梯计划”由中国工程院 詹启敏院士 担任专家顾问委员会主任委员，核心目标是建立中国首个万人级别的 3D 肿瘤免疫基因组数据库，不仅包括肿瘤基因组的数据，还包括肿瘤微环境和免疫治疗临床试验，建立 3 个维度的测序数据和临床数据，从而进一步加深对免疫治疗、肿瘤微环境的认知。同时，“天梯计划”还计划建立国内首个开源、开放的 neoantigen 技术评测体系和标准。期望国内的学术界、产业界能够集中力量、通力合作，共同解决相关技术难点和痛点，为细胞免疫治疗建立 neoantigen（肿瘤新抗原）的检测方法和标准，为免疫治疗新技术的研发和发展奠定基础。
总结
此次黑色素瘤个体化肿瘤疫苗的早期临床结果取得了积极数据，令人振奋，为人类抗肿瘤事业的成功又增添了新希望，但我们更需要有对照的、随机的、有更多参与者的阶段 II、Ⅲ 期临床试验，排除其他因素，例如在 Catherine Wu 的研究中心，首先对患者进行了手术切除，以进一步证明个体化疫苗对癌症治疗的有效性。
总的来说，基于肿瘤新抗原的精准免疫治疗方法，并不是对目前免疫治疗方法完全颠覆和抛弃，而是仍然建立在目前主流的免疫治疗方法之上，所以该方法的应用与发展，也应该是建立现有免疫治疗产业的基础之上。随着对肿瘤 - 免疫相互作用机制理解的深入、基因数据解读能力的提高、新抗原预测算法的优化等科学认识和技术的发展，基于新抗原的肿瘤精准免疫治疗研究应用也将逐步扩大，未来的发展可能同样会是三步走的态势：短期内作为手术、放化疗、靶向治疗之外的辅助治疗；中期来看，跟其他疗法或药物联合治疗，清楚肿瘤微小残留，防止复发和转移；最终有可能实现对肿瘤的长久控制。
附：< 视频链接 -- 个体化肿瘤疫苗动画 >
参考文献：
1. A dendritic cell vaccine increases the breadth and diversity of melanoma neoantigen-specific T cells. doi: 10.1126/science.aaa3828.
2. Cancer immunotherapy based on mutation-specific CD4+ T cells in a patient with epithelial cancer. doi: 10.1126/science.1251102.
3. Mutational landscape determines sensitivity to PD-1 blockade in non-small cell lung cancer. doi: 10.1126/science.aaa1348.
4. Radiation and dual checkpoint blockade activate non-redundant immune mechanisms in cancer. doi: 10.1038/nature14292.
5. Parker Institute for Cancer Immunotherapy and Cancer Research Institute Launch Collaboration on Cancer Neoantigens
6. An immunogenic personal neoantigen vaccine for patients with melanoma. Nature. 2017 Jul 5. doi: 10.1038/nature22991.
7. Personalized RNA mutanome vaccines mobilize poly-specific therapeutic immunity against cancer. Nature. 2017 Jul 5. doi: 10.1038/nature23003.
8. Personalized tumor vaccines keep cancer in check .Science DOI:10.1126/science.aaa3828
9. 独家 | 个性化癌症疫苗、诺华 CAR-T ，免疫治疗进入了怎样的新阶段？
10. 张晓实教授：肿瘤特异性免疫治疗的时代正在来临
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