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癌症免疫療法的前世今生

我們會有一天能接種抗致命腫瘤疫苗嗎?

讓我們來大致瀏覽一下腫瘤疫苗研究的過去,現在與未來。

來源 CNN

撰文 Jacqueline Howard

翻譯 李振宇

審校 阿金

                           

當大多數人想到疫苗時,可能會想起自己每年接種的流感疫苗,或者帶自己的孩子去接種小兒麻痺或麻疹疫苗,卻很少會聯想到癌症,但這一情況似乎正在改變。

 

在過去的幾十年裡,癌症疫苗以一種免疫治療的形式應時而生, 免疫治療是一種刺激或恢復身體自身免疫系統的治療方法,可以幫助阻止癌症發生,或者可以幫助治療已存在的癌症。

 

HPV 疫苗作為其中最廣為人知的癌症預防性疫苗,幫助人們免於人類乳頭瘤病毒(HPV)的感染。 而某些 HPV 感染與宮頸、陰道、外陰、陰莖、肛門、直腸和頭頸部癌症相關。

 

第一個被美國食品藥品監督管理局(Food and Drug Administration in the United States)批准的癌症治療性疫苗是Provenge(又名sipuleucel-T),該疫苗可以利用病人自身的免疫系統來攻擊癌細胞, 並被批准用於一些前列腺癌患者的治療。

 

“無論用於預防感染性疾病還是用於預防和治療癌症,疫苗都以相似的機制運作:疫苗教會免疫系統如何識別感染性病原體,或將癌細胞識別成需要被清除的外來物質。” 一位 來自紐約紀念斯隆凱特林癌症中心(Memorial Sloan Kettering Cancer Center)的研究疫苗的癌症免疫學家,Dmitriy Zamarin 博士說道。

 

“針對癌症,各種疫苗的策略就是教會免疫系統去識別稱作抗原的蛋白,或一部分僅出現在癌細胞而非普通細胞表面的蛋白,”他說道,“通過靶向這類蛋白,免疫系統 可以在保證普通細胞完好無損的同時,專門只清除癌細胞”。

 

現在,讓我們來回顧一下癌症疫苗研究在過去取得的成就與失敗,展望一下未來的研究方向。

 

19世紀——“免疫療法之父”的誕生

 

1890年,被稱為“癌症免疫治療之父”的研究員 William Coley 在他的癌症患者身上發現的現象永遠改變了癌症研究的進程。 他觀察到,某些癌症病人出現的發燒感染症狀,如皮膚細菌感染導致發燒,有時候與癌症消退存在相關性。

 

為驗證這一觀察,Coley 調製出一種細菌混合物。 他使用後來被稱為科利毒素(Coley’stoxins)的混合液去感染他的癌症病人,試圖激發他們的免疫系統,不僅僅去攻擊這些細菌感染,還攻擊出現在身體其他部位類外來物, 例如惡性腫瘤。

 

1893年5月,Coley 在《美國醫學科學》期刊上發表的一篇研究論文描述了這些病例。 其中一例是一位35歲的意大利男子,曾被診斷出患有頸部和扁桃體惡性腫瘤。

 

在這項研究中,Coley 細述了此名患者的腫瘤是如何被注入一種能引起稱為丹毒的皮膚感染的鏈球菌的。

隨著皮膚感染出現在他的脖子上並逐漸擴散到臉部和頭部,病人的體溫上升到華氏105華氏度(約40.5攝氏度),Coley 寫道。

之後,“頸部的腫瘤在第二天就開始潰爛,排出體外直到感染結束。排出物不是膿液,而是像結節狀腺體一樣的干酪樣物質,”他寫到,“兩週後 ,頸部的腫瘤消失了”。 與此同時,病人的扁桃體腫瘤看起來變小了,雖然縮小的程度沒有那麼明顯。 Coley 註釋到。

 

儘管有包括該案例在內的其它案例,但科利毒素在接下來的幾年內並沒有被廣泛接受為一種可能的癌症治療方案。

 

1920年到1930年:觀念的轉變

 

 “基本上沒人知道這其中的機制。”紐約癌症研究所(Cancer Research Institute)的首席執行官和科學事務主任 Jill O’Donnell-Tormey 講道。

“換句話說,沒有人知道科利毒素與腫瘤生長減少的確切關係。更糟的是,這種毒素是一種‘粗製’的細菌混合物。”

“因為沒有統一的製造標準,所以每一批劑量都有所不同,某些可能比其它更有效,所以產生的反應是非常不同的。”她說到。

“一些病人有反應,而另一部分人則沒有,也沒有人知道是為什麼……之後,放射治療被發現,”她說到,“所以放射治療成為了一種治療癌症的新方法,它產生的 效果比科利毒素更可靠,這使它更廣泛地被用作癌症治療。”

到1920年,Coley 的研究受到了來自骨肉瘤登記中心(Bone Sarcoma Registry)的強烈抵制,該中心旨在統一規範骨癌的診斷和治療。 並且根據2006年《愛荷華整形外科》( The Iowa Orthopaedic Journal )期刊發表的一篇論文,登記中心的成員駁回了 Coley 的想法,認為科利毒素無效。

隨後,曾經批評過 Coley 研究的《美國醫學協會》期刊在1934年發表了一篇社評,指出他的免疫療法可能需要進一步研究。

“儘管早在1893年,Coley 就開始使用一種鏈球菌疫苗來治療無法進行手術的惡性腫瘤,但是到目前為止,對其治療機制還是沒有給出令人滿意的解釋,”社評開篇如此寫道 。

然後,文章結尾總結道:“若想進一步研究在無法施行手術的惡劣條件下,或者作為一種試圖對抗症狀復發的術後措施,強有力的抗原性物質到底發揮怎樣的作用,我們似乎需要不斷 累積的實例來證明。”

 

1950到1970年:結核病疫苗的再利用

 

Coley 的女兒,Helen Coley Nauts,在1953年成立了癌症研究所,重新啟動她父親創始的研究。

“海倫相信醫學界過早地否定了她父親的工作,”O’Donnell-Tormey 說道。

而同一時期,癌症免疫學家 Lloyd Old 博士和其他研究人員則著手研究將稱為卡介苗(bacilleCalmette-Guérin,縮寫BGG)的結核病疫苗桿菌疫苗納入一種實驗性的癌症治療方法。

在1959年發表在自然雜誌上的一項研究中,Old 和他的同事們描述了小鼠在接種 BCG 後,移植到小鼠身上的噁心腫瘤的生長是如何被抑制的。

在研究中,這些小鼠或者直接被植入實體腫瘤,或者被注射了 BCG 後,在不同的時間間隔內註射癌細胞。

研究人員發現,小鼠接種BCG後,即使腫瘤持續生長了67天,卡介苗似乎仍然能夠保護小鼠抑制腫瘤生長。

他們在報告中寫道:“在最初的7到10天內,接種 BCG 動物體內的腫瘤保持著正常的生長態勢,然而,在第二週之後腫瘤體積開始縮小。”

BCG 後來發展成為一種治療膀胱癌的免疫療法。 根據美國癌症協會(AmericanCancer Society)的研究顯示,一旦 BCG 通過導管直接進入膀胱,它就會激活人體免疫系統細胞並將其吸引到膀胱。

1971年,Old 被任命為癌症研究所的醫學主任,在接下來的幾年裡,他和其他研究人員通過許多其他研究繼續推進癌症疫苗的研究。

儘管,其中一些研究並不像其他研究那樣成功。

 

20世紀80年代-21世紀:聚焦抗原

使用疫苗的時候,研究人員通常通過給免疫系統提供靶點來刺激免疫系統攻擊癌細胞。 那些位於癌細胞表面的靶點就稱為抗原。

但是人體正常細胞有時也會突變出與癌細胞相同的抗原。 當這種情況發生時,免疫系統不僅僅會攻擊癌症,也會攻擊患者自身,從而導致疫苗失效,甚至有致命的風險。

“癌症疫苗的歷史一直被很多失敗所困擾,” O’Donnell-Tormey 說道,而許多失敗發生在20世紀90年代到21世紀初這段時間之間。

為了解決這個問題,Old 開始進行癌症特異性抗原檢測的研究,該研究是癌症疫苗聯合研究合作項目的一部分,而後者則是癌症研究所與路德維希癌症研究所在2001年發起的共同合作 研究。

很多人都認為疫苗已經嘗試過且失敗了,”他繼續說,“但事實上,疫苗從來沒有以正確的方式嘗試過 ,”O’Donnell-Tormey 提到 Old 時如此評價道,Old 於2011年死於前列腺癌,享年78歲。

 “我認為疫苗將會東山再起,” 她接著講道,“儘管多年來癌症疫苗一直唱衰的原因在於失敗太多,但我認為是因為我們對生物學了解的不足導致了失敗。”

 

2010年代:希望和宣傳

2010年,在美國食品藥品管理局批准 Provenge(又名sipuleucel-T)用於治療前列腺癌之後,癌症疫苗隆重回歸。

五年之後,古巴和美國的科學家合作開發一種肺癌疫苗。 他們的早期試驗表明,與沒有接種疫苗的患者相比,這種治療方法可以幫助60歲以下的患者多活11個月。

2016年,研究人員發現,用病人自己的急性白血病細胞製造的個性化癌症疫苗可能有助於預防疾病復發。 他們在《科學轉化醫學》(Science Translational Medicine)期刊上發表了這一研究成果。

研究人員對17名接受化療的急性骨髓白血病患者進行了疫苗測試,發現患者對疫苗具有良好的耐受性,在接種疫苗後,平均在4年零9個月的時間內,有12名患者的 症狀有所緩解。

“在臨床上,大多數癌症疫苗都不會單獨起效,它們可能需要同抑制腫瘤周圍微環境的免疫抑製劑結合使用,比如免疫檢查點阻斷療法或其他類型的治療方法,”沒有參與這 項研究的O’Donnell-Tormey 說道。

“我們已經了解到,每個人的腫瘤——即使是所有的乳腺癌或所有結腸癌——都有自己的抗原,或者是患者自身免疫系統所作的非常個性化標記,”她補充道。

儘管一些研究已經表明某些癌症疫苗是有效的,但是其他的癌症疫苗試驗並沒有取得成功。

例如,賽德斯醫療(Celldex Therapeutics, Inc.)在2016年宣布, 原本已經進入三期臨床研究的膠質母細胞瘤(參議員John Mc Cain去年被診斷出的一種侵襲性腦癌)候選 疫苗中止繼續試驗,原因是“對於具有微小殘留病灶的病人來說,其總體存活率沒有達到統計顯著性。”

此外,去年德國 CureVac 公司宣布,雖然沒有發現安全問題,但一種前列腺癌候選疫苗由於在二期臨床試驗中未能改善患者的存活率而宣告失敗。

以上這些僅僅是其中幾個癌症疫苗研究失敗案例。

然而,隨著研究的繼續推進,科學家們正在將注意力轉向個性化癌症疫苗,這意味著疫苗可以針對單個病人體內特定的癌細胞突變進行定制。

“我們已經意識到,疫苗最理想的靶標是源於腫瘤 DNA 突變的腫瘤蛋白。” 紀念斯隆-凱特林癌症中心(MemorialSloan Kettering Cancer Center)的 Zamarin 說道。

“隨著DNA測序技術的進步,我們最近已經看到個性化癌症疫苗的出現,”他說,“而在未來,我們很可能會看到這種策略的爆發,而且最有效的方法就是將疫苗 與其它靶向各種腫瘤免疫逃逸機制的藥物聯合使用。”

在幾年之前,個性化癌症疫苗的想法似乎“太科幻”了,但隨著研究的發展,卻越來越可能實現,西雅圖Fred Hutchinson 癌症研究中心助理臨床研究部門職員,同時兼任華盛頓大學的助理 教授的Seth Pollack 博士說道。

“為了製造一種個性化癌症疫苗,需要去觀察專門發生在每個病人癌症中的基因變化,並迅速量身定做出病人專屬疫苗。通過這種方法,任何癌症患者都可以使用’私人定制 ‘疫苗來治療癌症或預防癌症復發。”Pollack 說道

“一直以來,我們做了大量的工作,研發供某些類型肉瘤使用的疫苗,這些肉瘤是年輕人易患的罕見癌症,而癌症疫苗似乎在這個群體中成功的希望很大,”他說, “另一件讓我現在非常激動的事情是,目前正在開發的一些非常高科技的疫苗。有些疫苗是通過基因工程設計,旨在以某種方式對免疫系統進行編程,而另一些疫苗則與 可以直接激發免疫細胞對疫苗做出響應的免疫激動劑有關。”

 

2018:癌症疫苗的未來路在何方?

今年,由斯坦福大學研究人員領導的兩項獨立研究表明,實驗性疫苗可以用來治療小鼠癌症。

其中一篇最近發表在《科學轉化醫學》期刊上的文章指出,儘管是由基因驅動的原發性癌症,疫苗仍然在老鼠身上消除了癌症的痕跡。

該研究實驗包括對數百隻小鼠進行基因工程改造,讓它們患上淋巴瘤、黑色素瘤、結腸癌和乳腺癌。 在其中一項實驗中,研究人員發現,在90只接受疫苗治療的小鼠中,只有3例的腫瘤偶爾復發。 “當疫苗在少數幾隻老鼠中不起作用時,我們可以重新進行治療,使疫苗繼續發揮作用。”所以逃逸的腫瘤對這種治療沒有抵抗力,他們僅是僥倖逃脫了免疫反應。 ” 斯坦福大學的腫瘤學教授RonaldLevy 博士,也是研究的主要作者說道。

Levy 還提到,研究人員開發出的疫苗靶向的是小鼠腫瘤中的抗原。 他們還注意到,儘管小鼠被設計成能形成某種原發性癌症,但這種疫苗依然能夠同遺傳基因相“抗衡”,來根除癌症。

儘管如此,“值得一提的是,這僅是在實驗室小鼠身上進行的實驗,”他說,“我們計劃在低度惡性淋巴瘤人類患者身上進行首次臨床試驗。一部份是因為我們 大部分小鼠實驗是針對淋巴瘤進行的,還有一部分則是因為淋巴瘤是免疫系統癌症。”

斯坦福大學的另一項研究發表在《細胞幹細胞》( Cell Stem Cell )期刊上,研究人員發現,一種通過誘導性多能幹細胞開發出的癌症疫苗可以有效預防乳腺癌、肺癌和皮膚癌的生長。

誘導性多能幹細胞是經基因重新編程改造為胚胎幹細胞樣的成體細胞,而疫苗中的這些細胞具有與癌症相似的抗原。

研究人員對6到8周大的年輕成年雌鼠進行了疫苗接種。 四個星期以後,他們給小鼠注射癌細胞,並在接下來的4週內監測小鼠腫瘤的生長。

在這四周內,研究人員發現,接種了疫苗的小鼠體內的腫瘤在縮小,而未接種疫苗小鼠體內的腫瘤則在增大。

“甚至在癌症發展之前,我們就製造機會激活免疫系統來靶向潛在的癌細胞。這就是支撐我們研究的整個思想基礎:你把可能出現在你未來癌細胞內的一系列候選抗原提早提供給 免疫系統,所以這時你的免疫系統已經準備好應對癌症了,一旦這些細胞開始出現,免疫系統就可以開始攻擊它們。” 該研究的第一作者,來自斯坦福大學醫學院的博士後研究員NigelKooreman博士說道 。

“小鼠的免疫系統與人類的免疫系統不一樣,所以觀察我們在小鼠身上發現的東西是否會出現在人類身上,這將很有意思。”他同時還補充說,研究人員目前正計劃針對人類 展開初步研究。

基於疫苗中乾細胞與各種癌症細胞之間的相似之處,研究人員認為他們的疫苗也可以對抗一些其它類型的癌症,這項研究的主要作者,斯坦福大學醫學和放射學教授JosephC. Wu 博士說 到。

“50年前,麻疹、腮腺炎和風疹疫苗被開發出來,並挽救了許多人的生命,” 他說道,“如果20年後,人們可以通過接種自己的誘導性多功能幹細胞疫苗來預防癌症, 這難道不也會很美好嗎?”

原文鏈接:

https://edition.cnn.com/2018/02/21/health/cancer-vaccines-explainer/index.html 

 

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【論文作者】ChristopherR Parish

【發表時間】2002年12月24日

【發表期刊】Nature

【論文鏈接】https://www.nature.com/articles/icb200316

【論文編號】doi:10.1046/j.0818-9641.2003.01151.x

【論文摘要】One of the mostcontroversial issues in immunology for over a century has been whether aneffective immune response can be elicited against malignant tumours. Whetherthe immunology community has believed cancer immunotherapy is feasible orimpossible has been largely determined by the prevailing immunologicalparadigms at that time. In fact, during the last 110 years it is possible totrace at least five dramatic fluctuations in attitude towards cancer immunotherapy.It now appears, however, that overwhelming evidence is available to support theview that both the innate and adaptive immune responses can recognize andeliminate tumours. On the other hand, it remains to be seen if these immuneresponses can be harnessed to control cancer as, at the time of diagnosis, manytumours have already been immunoselected to be highly resistant to immuneelimination. Based on these observations it is argued that immunotherapyapproaches, other than the generation of tumour-specific cytotoxi c Tlymphocytes, must be explored. Alternative strategies include recruitingtumouricidal myeloid cells into tumours, generating antiangiogenic immuneresponses and directing innate immunity to hypoxia-induced ligands on tumourcells.

 

【論文作者】EdwardF McCarthy

【發表時間】2006年

【發表期刊】IowaOrthop J. 2006; 26: 154–158.

【論文鏈接】https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1888599/

【論文編號】PMC1888599

【論文摘要】In1891, William B. Coley injected streptococcal organisms into a patient withinoperable cancer. He thought that the infection he produced would have theside effect of shrinking the malignant tumor. He was successful, and this wasone of the first examples of immunotherapy. Over the next forty years, as headof the Bone Tumor Service at Memorial Hospital in New York, Coley injected morethan 1000 cancer patients with bacteria or bacterial products. These productsbecame known as Coley’s Toxins. He and other doctors who used them reportedexcellent results, especially in bone and soft-tissue sarcomas.

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【論文標題】Individualizedvaccination of AML patients in remission is associated with induction ofantileukemia immunity and prolonged remissions

【論文作者】JacalynRosenblatt, Richard M. Stone, et al.

【發表時間】2016年12月7日

【發表期刊】ScienceTranslational Medicine

【論文鏈接】

http://stm.sciencemag.org/content/8/368/368ra171

【論文編號】DOI:10.1126/scitranslmed.aag1298

【論文摘要】We developed a personalized cancer vaccine in whichpatient-derived acute myeloid leukemia (AML) cells are fused with autologousdendritic cells, generating a hybridoma that potently stimulates broadantitumor responses. We report results obtained from the first 17 AML patients,who achieved remission after chemotherapy and were then serially vaccinated totarget minimal residual disease and prevent relapse. Vaccination was welltolerated and induced inflammatory responses at the site of administration,characterized by the dense infiltration of T cells. Vaccination was alsoassociated with a marked rise in circulating T cells recognizing whole AMLcells and leukemia-specific antigens that persisted for more than 6 months.Twelve of 17 vaccinated patients (71%; 90% confidence interval, 52 to 89%)remain alive without recurrence at a median follow-up of 57 months. The resultsdemonstrate that personalized vaccination of AML patients in remission inducesthe expansion of leukemia-sp ecific T cells and may be protective againstdisease relapse.

 

【論文標題】Eradication of spontaneous malignancy by localimmunotherapy

【論文作者】Ronald Levy, Idit Sagiv-Barfi, et al.

【發表時間】2018年1月31日

【發表期刊】ScienceTranslational Medicine

【論文鏈接】http://stm.sciencemag.org/content/10/426/eaan4488

【論文編號】DOI:10.1126/scitranslmed.aan4488

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【論文標題】AutologousiPSC-Based Vaccines Elicit Anti-tumor Responses In Vivo

【論文作者】RonaldLevy, Mark M. Davis, et al.

【發表時間】2018年1月16日

【發表期刊】CellStem Cell

【論文鏈接】

http://cdn.cnn.com/cnn/2018/images/02/14/cancer.vaccine.study.mice..pdf

【論文編號】doi.org/10.1016/j.stem.2018.01.016

【論文摘要】Cancercells and embryonic tissues share a number of cellular and molecularproperties, suggesting that induced pluripotent stem cells (iPSCs) may beharnessed to elicit anti-tumor responses in cancer vaccines. RNA sequencingrevealed that human and murine iPSCs express tumor-associated antigens, and weshow here a proof of principle for using irradiated iPSCs in autologous anti-tumorvaccines. In a prophylactic setting, iPSC vaccines prevent tumor growth insyngeneic murine breast cancer, mesothelioma, and melanoma models. As anadjuvant, the iPSC vaccine inhibited melanoma recurrence at the resection siteand reduced metastatic tumor load, which was associated with fewer Th17 cellsand increased CD11b+ GR1hi myeloid cells. Adoptivetransfer of T cells isolated from vaccinetreated tumor-bearing mice inhibitedtumor growth in unvaccinated recipients, indicating that the iPSC vaccine promotesan antigen-specific anti-tumor T cell response. Our data suggest ageneralizable strategy f or multiple types of cancer that could prove highlyvaluable in clinical immunotherapy.

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