前言
自从2011年免疫检查点抑制剂(ICI)ipilimumab获得批准以来,肿瘤免疫治疗已经成为癌症治疗中的一个游戏规则改变者。目前,11种免疫检查点抑制剂和2种嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)产品已被批准用于治疗16种恶性疾病和1种未知组织的适应症。伴随着这些进展,2018年诺贝尔奖因此颁给了发现CTLA-4免疫检查点的James Allison,这导致了抗癌治疗的革命。然而,扩大肿瘤免疫药物的适应症和克服治疗耐药性面临着越来越大的挑战。虽然联合免疫治疗是一个明显的战略追求,但是更多的失败比例,为我们敲响了警钟,强调了科学理论基础的重要性,那么下一代肿瘤免疫药物的发展方向到底在哪里?
肿瘤免疫的研究现状
在提高现有免疫疗法的疗效和开发新的免疫疗法方面的挑战,使人们对有效的抗肿瘤免疫反应的机制以及导致癌症患者缺乏有效抗肿瘤免疫反应的“缺陷”有了更深刻的认识。
肿瘤免疫循环
肿瘤免疫循环总结了对有效抗肿瘤免疫反应每一步的科学知识。当肿瘤抗原被免疫系统识别时,这个循环就开始了。基因组不稳定性/突变是癌症的两个特征之一。所有的癌症,无论其组织来源如何,都有遗传改变,这些非同义的DNA改变可以产生不同于正常细胞表达的蛋白质,即肿瘤抗原。作为第二个特征,一些癌症表达非突变相关的肿瘤抗原,例如通常在免疫特权部位表达的蛋白质、病毒蛋白或由内源性逆转录病毒基因编码的蛋白质。当这些抗原被抗原呈递细胞(APCs)吸收和处理时,APC会迁移到次级淋巴器官,并激活原始的T细胞,与一系列高度协调的共刺激信号(如CD28/B7-1/2介导的信号)相一致。为了实现体内平衡和防止对非自身抗原的过度反应,免疫系统还开发了高度协调的负反馈回路。CTLA-4是T细胞介导免疫应答的主要负调控因子之一。
一旦被激活,效应T细胞系统性地浸润肿瘤病灶,识别由主要组织相容性复合体(MHC)递呈的肿瘤抗原的癌细胞,并杀死靶癌细胞。反过来,癌细胞释放由APCs交叉呈现的新抗原,通过启动和激活更多的T细胞来识别和攻击肿瘤,从而进一步放大抗癌免疫反应。肿瘤免疫反应的最后阶段通常是由一个复杂的刺激和抑制的调控网络来调节的。PD-1/PD-L1途径是主要的抑制途径之一。TCR与其同源抗原MHC复合物结合,加上细胞因子刺激(如IL-2刺激),可诱导PD-1的表达。PD-1与PD-L1在靶细胞上的结合抑制T细胞增殖和IL-2的产生,抑制免疫应答。因此,合理的联合免疫治疗必须以协调促进T细胞活化和效应器功能为目标,同时协同抑制抑制T细胞的机制。
肿瘤的免疫微环境
在免疫微环境(TME)分类系统中研究肿瘤免疫可以作为评估抗癌免疫和确定潜在肿瘤耐药机制的第一步。免疫微环境分类基于两个主要因素:(1)PD-L1的肿瘤表达,(2)存在免疫细胞浸润,主要是肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)。相应地,可以描述4种不同的时间子类型:T1(PD-L1-,TIL-),T2(PD-L1+,TIL+),T3(PD-L1-,TIL+),和T4(PD-L1+,TIL-)。
在没有免疫细胞浸润的肿瘤中(T1或T4),癌症部位不存在抗癌免疫,这表明肿瘤抗原释放、呈递、免疫细胞启动和激活或者将免疫细胞转移到癌症部位存在缺陷。在这些情况下,使用抗PD1/PD-L1治疗使肿瘤免疫正常化可能不起作用,因为没有肿瘤免疫被抑制。另一方面,大多数实体瘤(约70%)存在T4,这强调了开发合理的IO组合以解决效应细胞浸润不足和非PD-L1/PD-1免疫抑制成分的重要性。此外,T1或T4期肿瘤通常表现出低水平的肿瘤突变负荷和肿瘤抗原。
在有免疫细胞浸润的肿瘤中(T2和T3),存在抗肿瘤免疫反应。然而,免疫抑制微环境会抑制效应免疫细胞对癌细胞的杀伤活性。在T3(PD-L1-,TIL+)中缺乏PD-L1,提示肿瘤免疫的抑制主要由PD1/PD-L1途径以外的机制介导。另一方面,虽然TIL出现在T2和T3时间段,但它们的位置和功能能力可能至关重要。T淋巴细胞的免疫炎症表型通常伴有髓系细胞和单核细胞以及TIL浸润到肿瘤部位,而免疫排斥表型的特征是免疫细胞滞留在肿瘤细胞周围的基质中,但不穿透肿瘤实质。
过去,免疫治疗的重点是将肿瘤免疫增强到生理水平以上,而现在人们越来越认识到,许多癌症患者都有抗肿瘤的T细胞,但微环境可以有效地抑制他们的免疫反应,通过利用免疫稳态机制来负调节抗癌免疫或细胞存活。因此,能够躲过免疫攻击的癌细胞自然被选中生存。因此,重要的不是增强免疫系统,而是恢复免疫微环境的功能。特别是,T1(PD-L1-,TIL-)免疫微环境正常化的靶标仍有待发现和验证。从T1肿瘤中寻找和定义这样的靶点,预计将成为肿瘤免疫治疗的下一个游戏规则改变者。
ICI发展的挑战与新视角
简单加法:传统的组合式ICI开发方法
到目前为止,制药公司开发新的ICI治疗方案的标准方法是将两种药物联合使用,每种药物都表现出单一的药物活性。事实上,这种方法已经在一些联合化疗药物和ICI药物的研究中取得了进展。一项研究者发起的临床试验表明,化疗和抗PD-1抗体camrelizumab联合治疗鼻咽癌在22名可评估的患者中显示了令人印象深刻的有效率。在这项研究中,camrelizumab联合化疗对难治性鼻咽癌的总有效率(ORR)为91%,而单药治疗1期总有效率为34%。然而,其他化疗/ICI配对策略是成功还是失败仍需要时间来检验。
联合免疫治疗发展的另一个策略是结合ICI和酪氨酸激酶抑制剂(TKI)。在KEYNOTE-426试验中,联合了pembrolizumab和血管内皮生长因子受体(VEGFR)抑制剂axitinib,与单药治疗原发性晚期/转移性肾细胞癌(mRCC)相比,这种联合方案提高了无进展生存率(PFS)、总生存率(OS)和总有效率(ORR)。在另一个3期研究中,PD-L1抑制剂avelumab加axitinib在治疗初期mRCC时比单独使用舒尼替尼显著延长PFS、OS和ORR,而与PD-L1状态无关。因此,pembrolizumab/axitinib和avelumab/axitinib组合已成为mRCC的护理标准和一线治疗选择。
第三种联合治疗策略是结合针对不同免疫检查点通路的药物。抗CTLA-4和抗PD-1/PD-L1抗体联合应用对几种癌症的治疗效果优于单一疗法,但主要是在已知对抗PD-1/PD-L1抗体有反应的癌症中。最近,与转移性非小细胞肺癌一线化疗相比,nivolumab和CTLA-4抑制剂ipilimumab的联合应用可显著增强OS,无论PD-L1状态如何。
新型的免疫检查点抑制剂
靶向新的免疫检查点途径结合目前的免疫治疗可能改善临床结果。新的临床免疫疗法靶向T细胞表达IRs(LAG-3、TIM-3和TIGIT)以及B7家族中的抑制性配体(B7-H3、B7-H4和B7-H5),是当前免疫治疗的主要焦点。
第一个进入临床的LAG-3抑制性单抗是relatlimab,它阻断了LAG-3与MHCⅡ的相互作用。在一项评估relatlimab联合nivolumab耐受性的I-Ⅱ期研究中,晚期黑色素瘤患者的ORR为11．5%,这些患者在先前的抗PD-1或抗PD-L1的免疫治疗后疾病进展。此外,在这一队列中,无论PD-L1状态如何,TIL表达LAG-3的患者的ORR(>1%;18%ORR)比LAG-3阴性患者(<1%,5%ORR)高3倍以上。
各种小鼠肿瘤模型的临床前研究表明,虽然抗TIM-3单药治疗可适度改善肿瘤控制,但与抗PD-1或抗PD-L1联合治疗才可显著减轻肿瘤负荷并提高抗肿瘤免疫应答。根据这些临床前观察结果,目前有几种针对TIM-3的免疫治疗药物作为单一疗法或与抗PD-1或PD-L1的药物联合进行临床试验。其中包括LY3321367(anti-TIM-3)单独或与LY3300054(抗PD-L1)联合使用,在晚期实体瘤患者的一期研究中评估。初步数据显示,LY3321367不仅具有良好的耐受性,而且在两名患者中诱导了>20%的肿瘤消退。
PD-1和TIGIT双重阻断剂是一种很有前途的肿瘤联合免疫治疗方法。虽然每一种阻断剂都不会显著阻碍小鼠CT26肿瘤的生长,但TIGIT和PD-1/PD-L1双重阻断剂协同作用,增强了抗肿瘤CD8+T细胞的增殖和功能,从而产生保护性记忆T细胞以及肿瘤的完全排斥反应,延长了总生存期。今年5月份罗氏的tiragolumab联合Tecentriq一线治疗PD-L1阳性NSCLC患者的II 期试验给出了惊艳的结果。
B7家族中,以B7-H3为靶点的药物是第一批进入临床阶段的,并取得了一些令人鼓舞的初步结果。Enoblituzumab是一种针对B7-H3的单克隆抗体,其经过改造减少了与抑制性受体FcγR的结合。在I期试验中,这种单抗与pembrolizumab联合应用对各种实体恶性肿瘤患者显示了可接受的耐受性和有效性。例如,虽然irAEs的发生率与pembrolizumab单药治疗组相当,但14例非小细胞肺癌患者中有5例(35．7%)对联合治疗有部分反应,这比之前报道的抗PD-1单一疗法的8-17%更高。
T细胞导向疗法的迅猛发展
通过肿瘤靶细胞抗原和T细胞表面分子的同时作用,使T细胞重新定向和募集,从而激活多克隆细胞毒性T细胞,并最终导致肿瘤溶解。这种新概念的T细胞接合器(TCE)包括基因工程过继细胞疗法和双特异性抗体。
TCE在一些血液学癌症中显示出了极好的效果,到目前为止,已经有三种CD19靶向TCE,两种CAR-T细胞和一种双特异性抗体获得批准。两种批准的CD19-CAR-T细胞药物:Tisagenelecleucel(Kymriah)和Axicabbtagene-ciloleucel(Yescarta)。除CD3ζ链外,tisagenelecleucel还使用CD137(4-1BB)作为额外的共刺激信号(COS),而axicabbtagene-ciloleucel使用cd28a-COS。两种药物都利用单链抗CD19片段来靶向恶性B细胞。
2014年,BiTE结构blinatumomab获批用于治疗费城染色体阴性前体B细胞急性淋巴细胞白血病患者,正式开启了双抗时代。2018年,随着FDA批准其用于首次或第二次完全缓解后MRD≥0．1%的pre-B ALL患者群体的治疗,双抗领域经历了爆炸式增长。BiTE和CAR-T细胞疗法之间有明显的相似性。T细胞与靶细胞之间免疫突触的形成,细胞的连续杀伤能力,以及细胞溶解蛋白如穿孔素和颗粒酶的定向释放,是CAR-T细胞和BiTEs共同的作用模式特征。此外,BiTEs和CAR-T细胞都是通过CD8+T细胞和CD4+T细胞发挥其效应功能。在BiTE的基础上,优化了功能的新一代T细胞接合器结构正在火热开发中,包括双功能检查点抑制性T细胞接合器(CiTEs),多重相互作用BiTE(SMITEs)和增强效应细胞细胞毒性的三特异性杀伤接合器(TriKEs)。
以新抗原为基础的肿瘤疫苗
一个有效的肿瘤免疫循环需要由固有免疫反应启动,以驱动抗原呈递和启动过程。基于新抗原的疫苗接种是这一策略的一种方法。获得性抗ICIs的机制包括:(1)抗原呈递缺陷;(2)IFN-γ信号通路缺陷。通过促进免疫微环境,原位接种已成为克服这些缺陷的一种候选方法。具体而言,toll样受体9(TLR9)激动剂、溶瘤病毒和IL-2受体激动剂,代表了原位接种的三个主要靶点。临床试验使用这些方法来克服黑色素瘤的免疫微环境和提高抗PD-1抗体的敏感性。这些研究的初步结果支持使用这一新策略,通过直接激活I型细胞因子受体或间接通过激活固有免疫反应来克服对ICIs的耐药。
基于新抗原的个性化疫苗是一种新型的肿瘤免疫疗法。所有的癌细胞都有基因改变,包括错义、缺失、移码和基因融合突变,这些都可以产生肿瘤新表位。如果这些新表位可以递呈给MHC分子用于T细胞识别,理论上,它们可以被制成新抗原特异性癌症疫苗。大多数研究者使用三个平行的步骤来产生个性化的新抗原疫苗:(1)对正常细胞的DNA进行测序以确定人类白细胞抗原(HLA)类型;(2)成对的正常和肿瘤DNA测序以检测体细胞突变;(3)对肿瘤mRNA进行测序以确定基因表达。将这三种方法得到的信息结合起来预测人类HLA结合肽,从而指导个性化疫苗候选新抗原的制备。在一项针对6名黑色素瘤患者的研究中,4名患者在接种疫苗后25个月内没有癌症复发,其余2名患者有复发,但在随后的抗PD-1治疗后肿瘤完全消退。
靶向代谢重编程:维持T细胞效应器功能的关键
虽然固有免疫反应和抗原提呈是启动抗肿瘤免疫反应的关键,但由于T细胞的内在和外在机制,效应T细胞的功能失调往往不能维持有效的抗肿瘤免疫,靶向腺苷途径可以增强肿瘤免疫治疗。
细胞外腺苷对效应免疫细胞和免疫抑制调节细胞均有显著的免疫抑制作用。腺苷由CD39和CD73通过ATP的去磷酸化进行代谢,它们在免疫微环境内的基质和免疫细胞上高表达。腺苷与其受体的相互作用可阻断T细胞的活化并促进髓系抑制。因此,靶向腺苷及其途径上游和下游的其他分子可以恢复抗肿瘤免疫。CPI-444是腺苷2A受体(A2AR)的口服小分子拮抗剂。目前正在对肾癌、非小细胞肺癌、黑色素瘤、三阴性乳腺癌或其他癌症类型的患者进行口服CPI-444或CPI-444联合atezolizumab的I/Ib期临床试验。
由于腺苷通过CD73转化而来,另一项临床试验目前正在进行,人源化抗CD73抗体CPI-006可阻断CD73催化活性,并对CD73+细胞具有激动性免疫调节活性。CPI-006在12mg/kg剂量下具有良好的耐受性,能完全抑制肿瘤活检组织中CD73酶活性,并能诱导血清促炎细胞因子。
展望
抗ICI肿瘤免疫治疗的发展一直是一个挑战。目前基于ICI的联合治疗策略已经取得了一些成功,但其作用是有限的。深入了解IO领域的免疫微环境生物学是制定下一代免疫肿瘤治疗策略的必要条件。ICIs、CAR-T治疗、双特异性抗体等抗肿瘤免疫增强方法,将继续引领临床IO领域的发展。然而,新的免疫疗法正在出现。这些新的分类旨在通过靶向肿瘤特有的免疫抑制成分,通过原位溶瘤治疗启动效应T细胞,通过多价新抗原疫苗扩大有效T细胞库,使“缺陷”的免疫微环境正常化,调节代谢程序以维持T细胞功能并促进有效的免疫介导细胞死亡。总的来说,这些新兴的策略指向一个富有前景的新的肿瘤免疫疗法的浪潮,它可能使我们克服已有肿瘤免疫治疗的局限性。
参考文献:
1．Next-generation immuno-oncology agents: current momentum shifts in cancer immunotherapy． J Hematol Oncol． 2020 Apr 3;13(1):29．
2． T cell-engaging therapies - BiTEs and beyond． Nat Rev Clin Oncol． 2020 Jul;17(7):418-434．
3． Inhibitory receptors and ligandsbeyond PD-1,PD-L1 and CTLA-4: breakthroughs or backups． Nat Immunol． 2019． Nov;20(11):1425-1434．
