从制药界的视角看今年生物诺奖的争议
2018年诺贝尔医学及生理学奖获奖者：
詹姆斯 · 艾利森（左）、本庶佑（右）
谢雨礼博士
2018年10月4日
引子
今年的诺贝尔生理或医学奖，众望所归，颁给了肿瘤免疫疗法。准确地说，是给了革新肿瘤治疗的免疫负调控（免疫检查点）抑制剂药物，包括CTLA-4和PD-1/PD-L1单抗。然而，对于美国的James Allison和日本的Tasuku Honjo获奖，却有不少争议。本文尝试从工业界的角度，谈谈自己对于今年生物诺奖的看法。
正文
首先看Allison的贡献。Allison是CTLA-4单抗药物ipilimumab的缔造者之一。这款药物2011年被FDA批准用于治疗黑色素瘤，被认为是第一个免疫检查点抑制剂药物。
CTLA-4这个靶点是1987年由法国Pierre Golstein实验室发现的（1）。1991年，BMS的Peter Linsley等发现，CTLA-4与免疫共刺激蛋白CD28一样，可以结合B7家族分子，是B7分子的第二个受体（2）。1994年，Bluestone JA等在Immunity发表文章，首次发现CTLA-4有免疫抑制的功能（3）。值得一提的是，Peter Linsley和后来发现PD-L1的Freeman GJ也是这篇重要文章的作者。一年后，James Allison实验室的体外研究，以及美国的Arlene Sharpe和加拿大的华人学者Tak Mak在遗传敲除小鼠中的独立工作，进一步证明了CTLA-4的免疫抑制功能。至此，CTLA-4作为一个药物靶点的原创性发现基本完成。基于这一靶点，先后发现了抗关节炎药物（激动剂）abatacept和belatacept，以及肿瘤免疫药物（抑制剂）ipilimumab和tremelimumab。
ipilimumab
Allison这次获奖被人诟病，主要是他在CTLA-4发现中的原创性贡献太少。然而，我们知道，从基础研究到药物开发的距离很远。正是Allison在1996年发表的《Science》文章，为随后CTLA-4抗肿瘤药物的开发奠定了坚实的基础（4）。这篇文章首次在鼠肿瘤模型中展示，用CTLA-4单抗阻断其与B7分子的结合，可以诱导强烈的抗肿瘤反应。针对这一成果，Allison当时所在的UC Berkeley大学申请了一系列专利，这也是VC或者工业界介入开发的必不可少的条件。这些专利先是给了一家叫NeXstar的小公司，后来NeXstar被Gilead收购。当时，业界不看好肿瘤免疫疗法，后来经Allison不遗余力地推广，说服Medarex合作开发。Medarex于1999年从Gilead手中将Allison的专利买过来，并利用自己的人源化单抗技术平台，开发了MDX-010, 就是后来的ipilimumab。Medarex在2004年又将Allison的方法专利交叉许可给Pfizer，用于开发另外一个CTLA4单抗tremelimumab，但一直不太顺利，至今没有上市。2009年，BMS收购 Medarex，并在2011年将ipilimumab推上市，成为第一个免疫检查点药物。
由此可以看出，Allison的科学发现、由此形成的知识产权，以及他执着的推广是ipilimumab上市的关键因素。Ipilimumab的成功，以及在开发中积累的免疫药物开发经验，为后来PD-1的成功奠定了基础。免疫药物与传统药物极为不同，开发过程中面临许多未知和困难，比如临床前模型的建立、临床有效率不高、临床终点需要用OS来判断等。诺奖是奖励科学发现，但没有应用，就失去了意义。从这个角度上看，Allison获奖也算是实至名归。当然他的荣誉确实是基于前面几位科学家以及后来Medarex、BMS等公司无名英雄的贡献，这里面有许多华人科学家，值得我们骄傲。
如果说Allison是站在前人的肩膀上，Tasuku Honjo的获奖可以说是后人成就了他。Tasuku Honjo实验室在研究程序化死亡时（programmed death），无意中发现了PD-1，这也是为什么这个蛋白叫这个名字的原因。这项成果于1992年发表在《EMBO Journal》，当时没有引起注意，人们也不知道PD-1有什么功能（5）。这篇文章利用4株细胞，研究了细胞死亡这一生命基本现象。其中两株细胞的死亡诱导PD-1的表达，这一发现最终导致了今年的诺贝尔奖。另外二株TNF-alpha诱导的细胞死亡并没有诱导PD-1的表达，可惜文章没有做过多的解读和研究。其实TNF-alpha诱导的死亡可能是程序化坏死，是一种全新的死亡形式，这一领域也有可能获得诺贝奖，贡献最大的包括袁钧瑛、王晓东和韩家淮等华人科学家，值得期待。所以说诺奖级成果，一般是从基本现象和基本规律入手，这些初期的发现倒不一定就能发表在好杂志上。
PD-1的功能和配体PD-L1的发现就比较复杂了。发现PD-1将近10年后，Honjo等首先报道了PD-1剔除老鼠出现了自身免疫疾病，提示了PD-1的免疫抑制功能(6)。在此期间，华人科学家陈列平和哈佛的Freeman GJ几乎同时独立地克隆了PD-L1。陈列平教授的文章发表比Freeman的早了10个月，但专利申请却晚了3个月。1999年12月份，陈教授实验室首先在《Nature Medicine》上报道了B7家族的第三个共刺激分子，命名为B7-H1，即是后来的PD-L1（7）。当时报道的B7-H1的功能是刺激T细胞的增殖和IL-10的分泌。有人说这把PD-L1的功能搞错了，其实共刺激只是针对T细胞的反应，T细胞反应可以是刺激性，也可以是抑制性。而且文章中明确指出了B7-H1可能参与免疫负调控。Freeman也是从研究B7分子入手，发现新的分子后，从结构的类似性，联想到有可能是PD-1的配体，并开展了与Honjo和另外一个科学家Clive Wood的合作，研究成果于2000年10月份发表在《J. Exp. Med.》上（8）。文章明确了PD-1和PD-L1的关系，以及免疫负调控的功能。虽然没有实质性试验，但在讨论部分提出了应用于肿瘤治疗的前景。这篇文章Freeman与其他两人并列第一作者，Honjo和Clive Wood是共同senior作者，通讯地址只有Honjo。如果按照学术界惯例，看重通讯作者，Honjo完成了PD-1分子、功能和配体的原创性发现，获奖理所当然。但从专利申请来看，Freeman是他们PD-L1这部分工作的主要贡献者。
桥接原始发现和药物开发之间的距离，陈列平教授做出了与Allison类似的贡献。在2002年8月份发表的文章中，首次报道了B7-H1（PD-L1）在肿瘤细胞中高度表达，并受INF-gamma的调控（9）。肿瘤细胞表达的B7-H1增加T细胞凋亡，可能是肿瘤免疫逃逸的机制。更重要的是，在动物模型上证实了PD-L1单抗的肿瘤治疗效果。令人遗憾的是，当时在解释B7-H1参与免疫逃逸机制时，文章多次与PD-1做了切割，认为主要是通过其它受体起的作用，这也可能是这项工作的重大意义没有得到一致认可的重要原因。而且，Honjo等虽然没有发表文章，但早在2002年6月就申请了一系列专利，保护了通过干扰PD-1/PD-L1通路治疗肿瘤的方法。从2002年起，Honjo 和Nagahiro Minato一起发表了多篇PD-1/PD-L1肿瘤免疫疗法的文章，并预测了这种疗法比CTLA-4要更加安全有效。这些工作的通讯作者主要是Minato。从上可以看出，成就Honjo诺贝奖的主要是陈列平，Freeman和Minato等科学家。但从药物开发来看，PD-1抗肿瘤的核心专利来自Honjo，以此为基础，与Korman，以及Ono、Medarex和BMS等公司合作开发了nivolumab（Opdivo）这一划时代重磅炸弹。而且，日本人精明地使用了几个专利策略，比如间接地保护了PD-1单抗的结合域和方法，以至于后来MSD的Keytruda也落入其专利覆盖范围，上市后需要支付数亿美金的专利使用费。
结语
关于肿瘤免疫疗法的科学贡献从学术上看确实比较复杂，但从工业界的角度出发，只认专利，哪怕是早一天，也是有和无的区别。当前，几个重磅免疫药物的基础专利主要来自Allison、Honjo和Freeman。Freeman关于PD-L1的专利申请的比较早，而且保护得不太全面，特别是对单抗的系列没有太多的权利要求，但其方法专利仍然被罗氏等开发PD-L1药物的大公司使用。再考虑到个人在免疫领域的贡献，比如Allison对TCR的贡献、Honjo对B细胞免疫的贡献，今年诺奖颁给这两个人基本客观公正。至于诺奖是给原创性发现还是应该给实际应用，这就取决于诺奖委员会的想法了，人家到底是裁判员。但今年的第三个位置空缺，确实令人遗憾，为这一领域做出重要贡献的科学家实在太多，其中最突出的就有华人学者陈列平教授，完全有资格获奖。中国生物医药的基础研究发展非常快，有望在不远的将来冲刺诺奖。但值得注意的是，生命科学发现只有转化成治疗手段，才能被快速认可。而在这一过程中，知识产权至关重要，只有形成专利，资本和公司才会大规模投入开发并最终完成转化。
参考文献
A new member of the immunoglobulin superfamily--CTLA-4. Nature. 328 (6127): 267
CTLA-4 is a second receptor forthe B cell activation antigen B7. J Exp Med. 1991 Sep 1;174(3):561-9
CTLA-4 can function as anegative regulator of T cell activation. Immunity. 1994 Aug;1(5):405-13
Enhancement of antitumor immunity by CTLA-4 blockade. Science. 1996 Mar 22;271(5256):1734-6
Induced expression of PD-1, anovel member of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death.The EMBO Journal vol. 1 1 no. 1 1 pp.3887 - 3895, 1992
Development of Lupus-like Autoimmune Diseases by Disruption of the PD-1 Gene Encoding an ITIM Motif-Carrying Immunoreceptor. Immunity, Vol. 11, 141–151, August, 1999
B7-H1, a third member of the B7family, co-stimulates T-cell proliferation and interleukin-10 secretion. Nature Medicine. 1999, 5(12), 1365
Engagement of the PD-1 Immunoinhibitory Receptor by a Novel B7 Family Member Leads to Negative Regulation of Lymphocyte Activation. J. Exp. Med. Volume 192, Number 7, October 2, 2000 1027–1034
Tumor-associated B7-H1 promotes T-cell apoptosis: a potential mechanism of immune evasion. Nature Medicine. 2002, 8, 793
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