2018諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)背后的故事：帶你了解免疫療法發(fā)展史

原文來自藥明康德微信團(tuán)隊(duì)。

北京時(shí)間今日下午，萬眾矚目的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)公布了獲獎(jiǎng)?wù)呙麊?，免疫療法先?qū)James Allison教授與本庶佑教授摘得桂冠。正如眾人所說的那般，Allison教授與本庶佑教授，以及其他科研人員在免疫療法上的開拓性貢獻(xiàn)，徹底改變了人類對(duì)抗癌癥的格局。

用免疫系統(tǒng)對(duì)抗疾病并不是什么新鮮事。據(jù)記載，在1718年，一名英國(guó)外交官的夫人在伊斯坦布爾觀察到，“人痘接種”在當(dāng)?shù)胤浅Ａ餍小＿@是指將天花患者的痘疤磨成粉末，或是直接從患者身上獲取膿汁，讓其接觸正常人。當(dāng)時(shí)的人們還不知道免疫系統(tǒng)的工作機(jī)制，但他們知道，這樣做能將天花高達(dá)30%的致死率降到1%-2%。

▲“疫苗之父”愛德華·詹納（圖片來源：See page for author [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], via Wikimedia Commons）

不久后，人類在天花的預(yù)防上又取得了重大突破。1796年，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員愛德華·詹納（Edward Jenner）用實(shí)驗(yàn)證明，牛痘能讓人類對(duì)天花產(chǎn)生免疫力。詹納本人因此被譽(yù)為“疫苗之父”，他的發(fā)現(xiàn)更是啟發(fā)了后人對(duì)免疫能力的研究——1882年，埃黎耶·梅契尼可夫（Ilya Mechnikov）基于對(duì)吞噬作用的觀察，提出了首個(gè)關(guān)于免疫的完整理論；路易·巴斯德（Louis Pasteur）則發(fā)展了關(guān)于細(xì)菌致病的相應(yīng)理論，并為人類帶來了狂犬病疫苗和炭疽病疫苗。

這些天才憑借免疫學(xué)研究在全球獲得了顯赫聲名，相比之下，威廉·科萊（William Coley）醫(yī)生的名氣就要小得多。但在當(dāng)時(shí)的腫瘤治療領(lǐng)域，許多人都聽說過他的激進(jìn)療法。在對(duì)大量癌癥病例進(jìn)行分析后，科萊醫(yī)生發(fā)現(xiàn)與惡性腫瘤相伴的感染，看似能帶來病情的緩解。其中，由鏈球菌引起的丹毒癥狀，與軟組織肉瘤的緩解之間，有著非常明顯的關(guān)聯(lián)。于是，他決定給癌癥患者注射細(xì)菌或細(xì)菌產(chǎn)物，緩解他們的病情。

▲現(xiàn)代不少科學(xué)家認(rèn)為威廉·科萊醫(yī)生是免疫療法最早的開拓者之一（圖片來源：See page for author [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], via Wikimedia Commons）

1891年，科萊醫(yī)生在一名病情已無法通過手術(shù)控制的癌癥患者身上，注射了鏈球菌。如他想象中的一樣，患者的腫瘤尺寸變小了。于是在接下來40年的行醫(yī)生涯中，他為超過1000名癌癥患者進(jìn)行了相近的治療，并聲稱在骨瘤和軟組織肉瘤上取得了杰出的療效。

但質(zhì)疑的聲音從未停止。一方面，部分注射了細(xì)菌或其產(chǎn)物的患者死于敗血癥；另一方面，許多醫(yī)生也不相信簡(jiǎn)單的細(xì)菌產(chǎn)物能在癌癥治療上有什么效果。盡管科萊醫(yī)生最終被譽(yù)為“免疫療法之父”，但在當(dāng)時(shí)，人們管他的療法叫做“科萊毒素”。隨著放療與化療的發(fā)展，科萊醫(yī)生的療法逐漸被人遺忘。癌癥與免疫系統(tǒng)的第一次交鋒，就這樣草草收?qǐng)觥?/p>

在上世紀(jì)60年代，人們發(fā)現(xiàn)了一種叫做T細(xì)胞的白細(xì)胞。從功能上看，它對(duì)免疫系統(tǒng)至關(guān)重要——自誕生后，我們體內(nèi)的T細(xì)胞就會(huì)慢慢發(fā)育，并學(xué)會(huì)識(shí)別身體中的異常。等到它們成熟后，一旦發(fā)現(xiàn)微生物入侵，或是惡化的細(xì)胞，就會(huì)開始增殖，并讓免疫系統(tǒng)對(duì)威脅發(fā)起攻擊。

▲T細(xì)胞是人類免疫系統(tǒng)的重要組成部分（圖片來源：By NIAID/NIH (NIAID Flickr's photostream) [Public domain], via Wikimedia Commons）

T細(xì)胞是怎么識(shí)別這些威脅的呢？原來在它們表面，存在一種叫做T細(xì)胞受體（TCR）的分子。這種分子能識(shí)別外來細(xì)胞表面呈現(xiàn)的異體蛋白，從而激活T細(xì)胞引起免疫反應(yīng)，殺死那些表現(xiàn)出異常的細(xì)胞。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)馬上讓科學(xué)家們重燃用免疫系統(tǒng)對(duì)抗癌癥的希望。我們知道，癌細(xì)胞就是一類與正常細(xì)胞有明顯區(qū)別的細(xì)胞，它們表面有一些看似奇怪的蛋白分子。如果T細(xì)胞能識(shí)別這些分子，并隨之攻擊癌細(xì)胞，豈不美哉？

然而初步的研究卻進(jìn)行得相當(dāng)不順。人們逐漸意識(shí)到，僅僅讓幼稚T細(xì)胞（na?ve T cells）與異體蛋白相結(jié)合，還不足以引起強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。換句話說，為了讓T細(xì)胞生效，我們還需要找到其他的核心因子。

▲CD28（綠色）與相應(yīng)抗體結(jié)合時(shí)的結(jié)構(gòu)（圖片來源：By Original uploaded by Deglr6328 (Transfered by Vojtech.dostal) (Original uploaded on en.wikipedia) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons）

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，T細(xì)胞表面一種叫做CD28的蛋白可能是它生效的關(guān)鍵。James Allison教授與他的團(tuán)隊(duì)證明了這一點(diǎn)——他們證明，一旦幼稚T細(xì)胞表面的CD28與TCR同時(shí)被激活，就足以讓這些細(xì)胞增殖，并保持激活狀態(tài)。

T細(xì)胞表面上還有其他分子可能參與這個(gè)過程嗎？序列分析發(fā)現(xiàn)，一種叫做CTLA-4的蛋白與CD28非常相似。為此，包括James Allison教授在內(nèi)的諸多免疫學(xué)家又將注意力轉(zhuǎn)向了CTLA-4，試圖理解它的功能。

當(dāng)時(shí)誰(shuí)也沒有想到，數(shù)十年后，針對(duì)CTLA-4的研究竟給人類的癌癥治療帶來了顛覆性的影響。

最初，很多科學(xué)家認(rèn)為CTLA-4只是CD28的一個(gè)補(bǔ)充。萬萬沒想到，在上世紀(jì)90年代初的一系列研究，竟然沒有得出一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論——最早的一些研究發(fā)現(xiàn)它能增強(qiáng)T細(xì)胞的激活，與預(yù)期一致。然而Allison教授團(tuán)隊(duì)，以及Jeffrey Bluestone教授（加州大學(xué)舊金山分校）與Craig Thompson教授（紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心）的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)，結(jié)論不能下得太早。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果固然可以理解為“踩下油門”，也可以理解為“松開剎車”。

CTLA-4究竟是油門，還是剎車？為了回答這個(gè)問題，這兩支團(tuán)隊(duì)又進(jìn)行了深度探索，并指出CTLA-4的確起到了抑制T細(xì)胞激活的作用。這樣一來，一幅關(guān)于T細(xì)胞活性調(diào)控的畫卷就徐徐展現(xiàn)在了人類面前：盡管CD28與CTLA-4結(jié)構(gòu)接近，但兩者功能截然相反。前者是油門，后者是剎車。這其實(shí)很合理。為了防止T細(xì)胞過度活躍導(dǎo)致自身免疫疾病，負(fù)面調(diào)控是必不可少的。

但并非所有的科學(xué)家都接受這一結(jié)論，關(guān)于CTLA-4的具體功能也一直未能有定論。直到這兩支團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出了缺乏CTLA-4的小鼠，才用確鑿的證據(jù)讓反對(duì)者噤聲。研究表明，缺乏CTLA-4的小鼠，器官內(nèi)充滿了T細(xì)胞，且只能存活短短幾周。這清楚地表明，CTLA-4的確抑制了T細(xì)胞的功能。

而Allison教授敏銳地意識(shí)到，這個(gè)發(fā)現(xiàn)可能會(huì)帶來突破性的抗癌療法。在他看來，諸多癌癥疫苗之所以不起效，是由于T細(xì)胞上的CTLA-4也會(huì)被激活，抑制T細(xì)胞的活性。因此，如果能抑制CTLA-4的功能，也許就可以讓T細(xì)胞盡情發(fā)揮潛力，對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行攻擊。

▲研究人員們用確鑿的證據(jù)表明，抑制CTLA-4能增強(qiáng)抗腫瘤效果（圖片來源：參考資料[2]）

為了測(cè)試這一假設(shè)，他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種抗CTLA-4的抗體，以抑制其功能。一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種抗體具有一定的抗癌潛力。首先，在一些容易產(chǎn)生腫瘤的小鼠中，一旦接受了該抗體注射，小鼠就好似對(duì)腫瘤有排斥能力一般，不容易產(chǎn)生腫瘤；其次，這種抗腫瘤的效應(yīng)能讓免疫系統(tǒng)產(chǎn)生記憶。這些對(duì)腫瘤有排斥力的小鼠中，對(duì)2個(gè)月后注射進(jìn)體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞也產(chǎn)生了免疫力；最后，科學(xué)家們又在一項(xiàng)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)里，證實(shí)對(duì)于已有的腫瘤，CTLA-4抗體能夠起到抑癌的效果。

Allison教授知道，是時(shí)候?qū)⑦@個(gè)重磅發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為人類抗癌療法了。如果取得成功，這將是人類首次駕馭免疫系統(tǒng)對(duì)抗癌癥。

但新藥研發(fā)從來不是一條輕松的道路。即便是如此重磅的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，也未能立刻贏得醫(yī)藥公司的垂青。相反，許多人認(rèn)為Allison教授的想法“過于激進(jìn)”。首先，這個(gè)想法缺少成功的人類療法作為支持。其次，在缺乏CTLA-4的小鼠中觀察到的副作用，也讓醫(yī)藥公司顧慮重重。

這時(shí)，一位老朋友向他拋出了橄欖枝。Allison教授曾經(jīng)的同事Alan Korman博士當(dāng)時(shí)在一家叫做Medarex的公司任職，而這家公司擁有一項(xiàng)獨(dú)特的技術(shù)，能夠在小鼠體內(nèi)開發(fā)人源抗體。在與Medarex達(dá)成協(xié)議后，這家公司開始著力研發(fā)針對(duì)CTLA-4的抗體。其中，一款叫做ipilimumab的抗體展現(xiàn)出了不俗的潛力，它能有效地結(jié)合CTLA-4，并抑制它的功能。

但這并沒有立刻帶來圓滿的結(jié)果，相反，這款抗體的后續(xù)研發(fā)，依舊充滿了坎坷。盡管在難治的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤中展現(xiàn)出了良好的潛力，但正如許多專家所擔(dān)心的那樣，這款抗體能帶來“令人擔(dān)憂的副作用”。此外，通常用于評(píng)估化療效果的臨床試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，也不能很好地應(yīng)用在這款免疫療法上。我們知道，化療對(duì)腫瘤的殺傷快速而直接。一旦接受治療，患者的腫瘤體積會(huì)快速出現(xiàn)縮小。相反，免疫療法需要免疫系統(tǒng)的逐漸生效，而這需要時(shí)間。因此在免疫療法的治療下，患者短期內(nèi)的病情不但沒有得到明顯控制，腫瘤還可能繼續(xù)生長(zhǎng)。

后續(xù)的科學(xué)家們花了很大的功夫，才找到了評(píng)估免疫療法治療效果的標(biāo)準(zhǔn)，并開發(fā)了一系列抑制這款療法毒性的技術(shù)。功夫不負(fù)有心人，在2010年，ipilimumab針對(duì)轉(zhuǎn)移性黑色素瘤的首個(gè)3期隨機(jī)臨床試驗(yàn)以大捷收?qǐng)觥?strong>研究表明，抗CTLA-4的療法延長(zhǎng)了這一疾病的總生存率，這在歷史上還是頭一遭！

一個(gè)個(gè)令人欣喜的數(shù)據(jù)接踵而來。歷史上看，罹患這種難治疾病的患者，有一半會(huì)在一年內(nèi)去世。而在免疫療法的治療下，有20%的患者可以活過4年。這一比例在對(duì)照組中是0%。2011年，美國(guó)FDA批準(zhǔn)ipilimumab上市，商品名Yervoy。

▲幾種免疫療法合用，效果更佳（圖片來源：參考資料[3]，Cassio Lynm）

許多重要的科學(xué)突破，最初往往來自于幸運(yùn)的發(fā)現(xiàn)。就拿牛痘疫苗來說，現(xiàn)在我們知道，活性得到削減的病原體是疫苗研發(fā)的良好出發(fā)點(diǎn)，而詹納當(dāng)年用來接種的病原體，其活性已經(jīng)得到了天然的“減活”，是一個(gè)極為幸運(yùn)的事件。在上世紀(jì)90年代，另一個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)，為后世帶來了深遠(yuǎn)的影響。

▲在免疫療法問世的道路上，做出了重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)的陳列平教授（圖片來源：耶魯大學(xué)官方網(wǎng)站）

而說到PD-1在癌癥治療上的應(yīng)用，就不得不提陳列平教授的名字。1999年，他在梅奧診所的課題組率先發(fā)現(xiàn)了PD-L1（當(dāng)時(shí)被稱為B7-H1）。隨后，他的團(tuán)隊(duì)用無可辯駁的證據(jù)，表明PD-L1對(duì)腫瘤的生存有至關(guān)重要的作用。在2002年的一篇《Nature Medicine》論文里，他們又發(fā)現(xiàn)，黑色素瘤與肺癌等腫瘤組織上表達(dá)有PD-L1，且能夠促進(jìn)腫瘤特異T細(xì)胞的凋亡，讓它們無法對(duì)癌細(xì)胞展開攻擊。在一項(xiàng)關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)里，研究人員們還在培養(yǎng)皿中表明，靶向PD-L1的抗體，能逆轉(zhuǎn)T細(xì)胞的這種凋亡！陳列平教授課題組在論文的摘要中富有前瞻性地寫道，“這些發(fā)現(xiàn)可能帶來基于T細(xì)胞的癌癥免疫療法。”

這些發(fā)現(xiàn)開啟了一個(gè)波瀾壯闊的免疫療法時(shí)代。不久后，人類也同樣迎來了針對(duì)PD-1/PD-L1通路的免疫療法。與CTLA-4一樣，PD-1也是一種“剎車”。通過抑制PD-1的功能，T細(xì)胞也能得到激活，治療癌癥。目前，已有6款PD-1或PD-L1抑制劑獲批。在中國(guó)，也有兩款PD-1抑制劑已獲批上市。它們的問世，徹底改變了人類對(duì)抗癌癥的格局。原本生命僅剩幾個(gè)月的患者，如今有一些在治療后，已經(jīng)活過了10年。

這正是Allison教授與本庶佑教授等科學(xué)家為人類做出的卓越貢獻(xiàn)。在這里，我們?cè)俅巫ＹRAllison教授與本庶佑教授摘得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的桂冠。這是對(duì)他們所做貢獻(xiàn)的最好認(rèn)可！

本文題圖：Photo by Adam Baker, 'Nobel Prize Medal in Chemistry' CC BY 4.0 (https://www.flickr.com/photos/atbaker/8459286843), via Flickr

參考資料：

[1] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2018, Retrieved October 1, 2018, from http://www.nobelprizemedicine.org/the-nobel-prize-in-physiology-or-medicine-2018/

[2] Dana R. Leach (1996), Enhancement of Antitumor Immunity by CTLA-4 Blockade, Science, DOI: 10.1126/science.271.5256.1734

[3] Unleashing the immune system to combat cancer. Retrieved September 30, 2018, from http://www.laskerfoundation.org/awards/show/unleashing-immune-system-combat-cancer/

[4] Warren Alpert Foundation Honors Five Pioneers Cancer Immunology. Retrieved September 30, 2018, from https://hms.harvard.edu/news/warren-alpert-foundation-honors-five-pioneers-cancer-immunology

[5] Trailblazing Researchers in Immunotherapy Selected to Receive America's Most Distinguished Prize in Medicine. Retrieved September 30, 2018, from http://www.amc.edu/news/trailblazing-researchers-in-immunotherapy-selected-to-receive-americas-most-distinguished-prize-in-medicine.cfm

[6] 歐狄沃誕生記：改寫抗癌歷史的重磅療法 - 藥明康德微信公眾號(hào), Retrieved September 30, 2018, from https://mp.weixin.qq.com/s/CysyW2oYt21-xuBynguu1w

（編輯：劉懷洋）