胶质母细胞瘤免疫治疗的青铜时代

神经外科医生John Sampson正将灌注药物的导管置入GBM患者脑内。本文整理自Nature文章：The battle for the brain，有删节。

2015年的时候rindopepimut的前途似乎还是一片光明，三项临床试验研究结果均表明这种肽类肿瘤治疗性疫苗能够引发免疫反应，并且能够延缓多形性成胶质母细胞瘤 (glioblastoma multiforme, GBM) 患者的疾病进展。

GBM是恶性程度最高的一种脑癌。该疫苗的制造公司 Celldex Therapeutics希望基于II期临床数据，说服FDA加速审批该药物。但FDA并没有同意，要求他们等待III期临床试验的结果。

遗憾的是III期临床试验并没有成功。2016年初的期中数据分析发现，接受该疫苗治疗的GBM患者并没有生存期获益，Celldex也因此终止了该疫苗的研发。

面对这样的结果，病人以及医生都感到非常的失望。但其实从另一个角度讲，这样的结果也并不让人感到十分意外。“或许是因为见惯了该领域太多药物的失败，也就不觉得奇怪了”，布列根和妇女医院的首席神经外科医生E. Antonio Chiocca说。

GBM也是最常见的一种脑癌，大约占原发性脑癌的50%。而且这类肿瘤通常总是致命的。手术，化疗以及放疗对患者的生存期影响非常有限。

肿瘤免疫疗法已经为包括黑色素瘤在内的很多其他很难治疗的癌症带来了革命性的变革。检查点抑制剂能够解除肿瘤对免疫系统的免疫抑制状态，能够将黑色素瘤患者的疾病进展和死亡风险降低将近50%。但不幸的是，这样的变革却没有出现在GBM的治疗上，nivolumab的III期临床只为该领域多增加了一项失败的研究。

但是尽管过去几十年间临床研究不断遭遇挫折，神经肿瘤学领域的研究人员却感到很乐观，因为他们相信肿瘤免疫疗法的潜力，相信免疫疗法最终能够战胜这类癌症。

免疫再活化

胶质瘤细胞(蓝色)能够保护自身，使其免受巨噬细胞(绿色)等免疫细胞的攻击，这些机制包括通过涉及PD-L1(红色)的信号通路来抑制巨噬细胞功能。Pembrolizumab等检查点抑制剂能够阻断该通路，从而使巨噬细胞能够对肿瘤细胞发动攻击。研究人员对GBM对抗免疫系统策略的了解正越来越深入。“这类癌症总是比相应的治疗药物更加聪明，免疫疗法大概是唯一的例外”，UCLA医学中心的神经外科医生Linda Liau这样说。

取消特权

中枢神经系统可以通过形成血脑屏障等方式而独立于身体的其他部分。血脑屏障能够阻止一些大分子物质，小分子药物以及细胞进入脑内从而影响神经系统的功能。但是大脑并不完全是一个闭塞的堡垒。虽然长久以来人们一直以为人的脑内缺乏免疫监视，但是近些年的一些研究却发现事实并非如此。

2015年，美国吉尼亚大学的Antoine Louveau，Jonathan Kipnis 以及他们的同事有了一项令人吃惊的发现，他们发现脑内存在淋巴管，能够使T细胞从循环系统进入。这也就预示着脑内与脑外的免疫功能存在着交集。

其他的一些研究已经表明循环免疫细胞能够以其他方式进入脑内，炎症以及自身免疫疾病就是最好的例子，癌症患者的脑内也能够观察到这样的现象。

而且即使是血脑屏障本身也不是完全无法攻破的。尽管大分子通常无法跨越血脑屏障，但是包括检查点抑制剂在内的单抗药物其实能够一定程度上跨越该屏障并进入脑内。

杜克大学医学院的John Sampson预计，静脉注射药物之后大约会有1%的药物能够进入脑内。虽然这一数字听起来很低，但是实际上这个量已经能够引发临床疗效了。

“如果你对黑色素瘤或者肺癌脑转移患者使用检查点抑制剂的话，其实你也能够发现患者的脑转移病灶有可能出现缓解“，宾夕法尼亚大学Perelman医学院的神经外科医生Donald O’Rourke这样说。这些发现其实也说明使用这类免疫疗法对抗脑内的癌症是可行的。

但是O’Rourke 也同样提醒道，虽然这类检查点抑制剂治疗脑转移病灶有效，但是对于原发性脑癌却没有多大的治疗效果。这其实也说明之所以免疫系统很难对GBM产生伤害，并不是简单的因为脑内缺乏免疫监视。“这肯定与胶质瘤的内在特征有很大关系”，O’Rourke说。

GBM有很多层自我保护机制。首先GBM的基因异质性极强，也就是说同一肿瘤内部，驱动肿瘤细胞生存的基因突变差异极大。“GBM的一个肿瘤细胞与附近的另一个肿瘤细胞能够存在50-60个突变差异”，Chiocca说，“这也就使开发靶向药物变得极其困难，因为很难找到一种靶向药物能够完全清除所有肿瘤细胞。”

这可能也是rindopepimut的III期临床失败的一个原因。该款疫苗能够引发免疫系统对EGFRvIII的免疫反应。EGFRvIII是一种肿瘤特异性蛋白，能够驱动GBM以及其他一些癌症的疾病进展。但是即使该疫苗能够清除表达EGFRvIII的肿瘤细胞，对于不表达EGFRvIII的那部分肿瘤细胞却很难产生影响。

此外，GBM肿瘤细胞同时也会向周围组织释放化学信号，抑制免疫细胞的功能。PD-1/L1也是其中的一种机制。但即使使用PD-1/L1抑制剂，PD-L1之外的其他免疫抑制机制的存在也同样会使免疫细胞保持抑制状态。而且比较矛盾的是，很多免疫细胞其实能够促进这类免疫抑制的形成。

了解你的敌人

尽管如此，目前在研的一些免疫疗法却给了人们一些新的希望。“针对脑内肿瘤的免疫反应是存在的，只是这些免疫反应不够高效”，瑞士日内瓦大学的Valérie Dutoit说道，“我们需要进一步强化这种免疫反应。” 

过去多年来临床实验的失败也能够给我们提供一些经验和教训。比如目前在研的一些肿瘤治疗性疫苗能够通过对疫苗中的特定抗原进行突变，以降低抗原逃逸的可能性，一些疫苗依赖辅剂来强化免疫反应，还有一些疫苗基于树突状细胞。

从病人体内获取的树突状细胞在体外进行操作，使其能够识别特定抗原。Sampson和他的同事设计了一种基于树突状细胞的疫苗，能够引发对抗肿瘤的持久的免疫应答。

疫苗研发最核心的难点在于找到一种广泛表达于肿瘤细胞但不在正常组织表达的，并且能够引发免疫反应的抗原。该团队研究的这种抗原是巨细胞病毒表达的一种蛋白。

巨噬细胞的遗传物质能够整合到人的基因组中，大部分成年人在人生的某个时期都会被这种病毒感染。“病毒通常处于休眠状态，但是在免疫抑制的状态下就有可能被活化"，Sampson说，“当病毒被活化时同时也会出现大量的与之对应的T细胞。”

研究发现，GBM引发的免疫抑制足以活化该类病毒，这也就使经过免疫训练的巨噬细胞能够引发强烈的针对这类肿瘤细胞的免疫应答。

Sampson团队在2017年的一项疫苗的临床试验中发现，11位患有GBM的受试者的中位生存期超过41个月，而接受传统疗法治疗的患者生存期仅为15个月。更重要的是4位受试者的GBM在5年后疾病仍然没有进展。

除了Sampson团队，其他一些团队也在研究另外一种治疗策略，使用个体化的疫苗靶向从病人肿瘤组织样本分析中获得的肿瘤特异性抗原。例如欧洲的GAPVAC组织正在建立从肿瘤细胞表面蛋白获得的，具有免疫活化功能肽段的集合。

“在病人接受标准疗法治疗的两到三个月期间，研究人员能够分析获得抗原，并将其制成疫苗并应用到患者身上，这是进行个体化肿瘤疫苗研究的很好的一个前进方向，” Dutoit说。

而另一种疗法也已经在临床实验中发现有可能延长患者生存期，该个体化疫苗的研究也同样引起了不小的反响。

Northwest Biotherapeutics 的DCVax-L疗法使用来源于病人的蛋白来训练树突状细胞。该公司的III期临床研究发现，331位接受治疗的患者中有100位在接受治疗40个月后依然存活。

关于抗原的研究不仅仅对治疗性疫苗的研发有利，对CAR-T疗法的研究也同样有利。O’Rourke 在该领域进行了早期探索，首个应用于人的GBM CAR-T临床研究发现，静脉注射能够靶向 EGFRvIII 的CAR-T细胞之后，细胞能够安全的穿透胶质瘤，并引发局部的一定程度的免疫应答。O’Rourke说在接受治疗的10名患者中，有一人在接受治疗将近三年之后依然存活。

但是与之前靶向 EGFRvIII 的肿瘤疫苗类似，靶向单个抗原并不足以靶向所有肿瘤细胞。因此Dutoit以及 Dietrich希望基于他们在GBM抗原鉴定分类方面的经验，与宾夕法尼亚大学的Carl June建立合作。基于该合作开发的个体化疗法能够让医生针对GBM病人独特的抗原，开发适用于他们的两到三种CARs的组合。

唤醒沉睡的免疫细胞

其实以上这些肿瘤特异性免疫疗法并不足以解除脑内肿瘤的强烈抑制状态，并不是有了肿瘤特异性蛋白就能够引发有效的免疫反应。MD安德森癌症研究中心的Heimberger 认为需要找到找到一种能够特异性活化免疫细胞的方式，而不是只局限于在肿瘤中寻找抗原。

相应的，一些临床研究也正在探索肿瘤疫苗或者CAR-T疗法与nivolumab等检查点抑制剂联用的价值。但是目前仍然不清楚这种联用策略是否足以克服GBM的肿瘤微环境对于免疫系统的抑制。

除了检查点抑制剂，Heimberger的团队也在探索另外一种策略。STAT3能够调控基因表达，不仅能够产生免疫抑制作用，也同样能够对癌症的疾病进展产生影响。

“你能想到的几乎所有的肿瘤介导的免疫抑制均能与STAT3产生一定关联”， Heimberger说。她的团队已经与其他研究人员合作并找到了一种能够跨越血脑屏障的STAT3抑制剂，正准备进入临床研究。

溶瘤病毒也是解除免疫抑制的一种比较有潜力的方式。溶瘤病毒能够杀灭肿瘤细胞，同时也能够引发强烈的免疫应答。溶瘤病毒潜在的强大威力其实是基于人免疫系统的一个特征：相比肿瘤细胞，人的免疫系统更善于攻击病原体。

溶瘤病毒疗法正是利用病毒来活化免疫系统，但活化免疫系统对抗病毒的同时也能够对肿瘤产生作用。

除了以上这些探索，也有研究人员正在试图利用病毒载体，通过基因疗法来提高肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。

Liau与 Tocagen 公司合作进行过一些临床试验，通过基因疗法使肿瘤细胞表达胞嘧啶脱氨酶，将5-氟胞嘧啶转换为5-氟尿嘧啶。其中的一项I期临床研究发现该疗法能够清除20%患者脑内可检测肿瘤。

Liau说虽然这种组合方案自身只能够通过细胞毒作用杀灭肿瘤细胞，但是从临床前研究的结果看，该疗法活化免疫系统的作用却是其能够长期控制肿瘤生长的关键，因为载体病毒似乎能够诱发对抗肿瘤的免疫记忆。

日渐加剧的冲突

以上这些早期的临床研究显示，破坏GBM的免疫抑制的可能性确实是存在的。而现在的任务是进行更加深入的研究，并确证是否能在大型随机对照的III期临床研究中证明这些疗法能够延长患者生存期，产生患者获益。

但是目前的临床试验研究环境对研究人员来说并不十分有利。比如现在的很多临床研究招募的患者都是多次治疗失败的GBM患者，他们对多种疗法已经无法产生应答。

“替莫唑胺不仅能够杀灭肿瘤细胞，还能够杀灭T细胞以及其他淋巴细胞,” Chiocca说。在治疗GBM时定期使用固醇类药物来降低病人脑水肿也同样会加剧这种免疫抑制作用。

但从另一个角度来讲，即使是这类免疫功能明显存在抑制的患者，通过使用以上这些疗法都能够引发免疫应答，这应该是十分了不起的事情。现在也已经有越来越多的临床试验开始研究接受更早期的免疫疗法治疗是否会提高药物的疗效。

但Liau同时也说，招募那些仍然存在可供选择的治疗方案的患者并不容易。但与此同时，越来越多的患者也开始了解到接受传统疗法治疗的患者预后通常非常查，这也促使他们开始尝试免疫疗法。

更重要的是，免疫疗法虽然存在过度活化脑内免疫反应的风险，但是临床试验中发现很多免疫疗法是非常安全的。O’Rourke说接受CAR-T疗法治疗的患者并没有出现细胞因子释放风暴。检查点抑制剂以及疫苗的临床试验中出现的不良反应也通常是可控的。

Chiocca说：“我们在靶向治疗药物的研究上花费了太多的精力，但是很明显你不能奢望只用精确制导导弹就能把所有敌人消灭，特别是在面对像GBM这样的敌人的时候。”

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