陈列平教授：癌症免疫疗法的正常化

陈列平教授演讲（（图片来源：中国医药创新与投资大会）

药时代编者按：

2018年10月8日，我们发布了编译文章“陈列平教授最新Cell文章 | 癌症免疫疗法的范式转变：从免疫增强到免疫正常化”，受到朋友们的关注。现在，我们转载推荐上海细胞治疗集团研究院刘韬翻译，汪鹏整理的文章“陈列平教授：癌症免疫疗法的正常化”，以飨广大读者朋友们。

2018年10月1日，免疫检查点抑制剂刚刚斩获了诺贝尔生理学或医学奖，做为近些年来最热的癌症治疗药物，免疫检查点药物为癌症患者带来了完全不一样的治疗结果。

而就在诺奖颁布前夕，作为免疫检查点抑制剂临床推广的主要奠基者，陈列平教授也在《Cell》上为我们提出了免疫治疗的最新方向。本文为该文献的精华整理文章，感兴趣的读者可以去查阅该论文。

以下为文章译文

（尊重陈列平教授的意见，在本文中均以B7-H1代替PD-L1）

利用抗肿瘤免疫反应来治疗癌症是免疫疗法的一项基本策略。一个多世纪以来，人们的努力主要集中在放大人类用来消除病毒和细菌等入侵者的免疫激活机制上——这种免疫增强策略通常会产生非常好的客观缓解率，但同时也会大大增加免疫相关不良事件（irAE）发生率。

然而，在过去的十年中，靶向B7-H1/PD-1通路（抗PD治疗，B7-H1也就是我们熟知的PD-L1）的癌症免疫疗法，在患者中获得了较其他免疫检查点更高的客观缓解率，而irAE的发生率更低。

这种更有利的肿瘤反应毒性表现源于不同的作用机制，它能在肿瘤微环境中恢复肿瘤引起的免疫缺陷（免疫系统无法在肿瘤部位形成有效的杀伤），这里被称为“免疫正常化”。

免疫检查点药物相对于传统抗癌药而言，其最大的优势就是可以在不同的癌症中发挥作用。FDA批准了免疫检查点药物的癌症适应症超过10种，并积极开发它与不同癌症疗法的联合使用从而提高其治疗效果。

K药获批适应症

O药获批适应症

在这篇文章中，我们希望强调免疫正常化的原则并从中学习以开发出更好、更优质的免疫治疗。

成功地产生T细胞介导的消除抗原的免疫反应包括但不限于以下6个步骤：

（1）抗原呈递细胞（APCs）摄取和加工肿瘤抗原；

（2）APC向淋巴器官迁移；

（3）肿瘤抗原递呈经共同刺激和共同抑制信号精密调节，调节肿瘤特异性初始T细胞的激活，成为淋巴器官中的效应T细胞；

（4）肿瘤特异性效应T细胞从淋巴器官进入外周血并转运到肿瘤组织；

（5）识别肿瘤抗原并溶解肿瘤；

（6）效应T细胞死亡和肿瘤特异性记忆T细胞生成。

在我们了解了这些免疫细胞和分子机制的基础上，人们开发了各种类型的免疫疗法，通过调节这些步骤的通用控制或激活机制（加强激活和减少抑制）来“推动”免疫激活，以在数量或质量上提高抗肿瘤免疫反应，从而杀灭肿瘤。

这种通用的方法旨在激活和增强免疫反应，我们称之为“增强免疫疗法”。

然而，癌症并不是简单地被动跟随免疫反应的发展，而是积极地运用各种策略来延缓、改变甚至阻止抗肿瘤免疫——这些统称为“免疫逃逸机制”的策略，往往会击败自身已有的抗肿瘤免疫，导致免疫系统无法有效地遏制肿瘤生长，最终导致癌症转移。

这些机制在癌症进展过程中不断发展，在晚期癌症中变得更加多样化和复杂。改善肿瘤免疫反应的新方法由阻断这些免疫逃逸机制组成。

PD通路是第一个也是了解得最为透彻的免疫逃逸机制之一。

当其在肿瘤微环境中表达上调时，该通路抑制效应T细胞的抗肿瘤免疫应答，而阻断该通路的疗法已被证明有效地改善了针对多种肿瘤类型的抗肿瘤免疫应答。这种方法在概念上不同于以前的增强免疫疗法。增强免疫疗法是基于一般激活过程的知识而设计的，而抗PD疗法利用了基于免疫逃逸机制的新知识。

此外，在增强免疫疗法中，我们假设免疫系统激活的一般机制总是相同的，而抗PD疗法首先需要仔细研究TME，以确定PD通路上调，使这种治疗更加“个性化”。 我们相信这种方法代表了未来癌症免疫学研究中出现的一类新策略中的第一个，并将随着我们对免疫逃逸机制更深入的理解而得到扩展。

因为这种新的方法可以恢复失去的抗肿瘤免疫，我们称之为“癌症免疫正常化疗法”。

下面就让我们一起来回归癌症免疫疗法的原点——增强免疫疗法。

起初，癌症免疫疗法最主要采取的方式是增强被认为是有效并且强大的免疫应答。总体上这些增强免疫策略可以分为两类：

第一类方法

使用免疫系统的效应细胞和分子直接攻击肿瘤细胞，这称为“被动的”免疫疗法。

这类疗法包括抗体靶向治疗及其衍生疗法（例如抗体-药物偶联），还有过继免疫细胞疗法和最近火热的基因工程化T细胞（包括嵌合抗原受体CAR-T，T细胞受体[TCR]-T，等等）。

被动免疫疗法应用现代技术将免疫系统功能调节到一个很高的水平从而使得免疫系统可以更加轻松的杀死癌细胞。其中最广为人知的例子有抗Her2/neu单克隆抗体治疗乳腺癌，抗EGFR单克隆抗体治疗结肠直肠癌或头颈癌，以及抗CD20单克隆抗体治疗B淋巴瘤。

第二类方法

第二类方法通过调节内部调控和/或激活免疫机制来增强免疫系统活化，这被称为“主动的”免疫疗法。依照免疫响应的步骤，这类增强免疫策略可以：

01

增强APC对抗原摄取、加工和向T细胞的递呈，比如抗原/佐剂疫苗和树突状细胞疫苗，这也可以延伸到具有促进APC活性的细胞因子或药剂，比如I型干扰素（IFN）、Toll样受体（TLR）激动剂和STING激动剂；

02

增强初始T细胞的活化和扩增：例如树突状细胞疫苗和抗细胞毒T淋巴细胞抗原-4（CTLA-4）单克隆抗体；

03

强化免疫响应的效应阶段：例如过继细胞治疗中使用经离题刺激和扩展的肿瘤浸润T细胞回输癌症患者。

在本文中我们将集中讨论和主要分析主动免疫治疗，以及CAR-T细胞治疗。（对于抗体靶向治疗，本文不去深入讨论）

在使用增强免疫治疗的过程中，我们需要弄明白的一点是——增强免疫治疗策略的设计并不是为了纠正或克服在抗肿瘤免疫反应过程中存在的或已知的缺陷。

例如，选择白素-2（IL-2）治疗不是根据癌症患者体内IL-2和其受体的表达缺陷作出的。同样不清楚的是，CTLA-4过度表达或B7-1/B7-2表达的改变是否构成了在抗CTLA-4 mAbs治疗的患者中肿瘤诱导的免疫缺陷机制。

同样，在不知道病人的递呈/触发是否有任何缺陷的情况下，给病人使用了癌症疫苗或过继疗法——这表明，也许在某些患者中，这些增强策略确实为免疫激活过程提供了必要的补充。因此，这些患者可能从这种治疗中获益良多。

然而，在大多数情况下，这些策略可能只是将免疫系统的总体激活，它们增强了对肿瘤的免疫反应，但同时也将免疫系统推向了超生理正常水平，随之而来的风险是增加免疫相关的不良事件（irAEs）。这可以解释在增强免疫疗法中的低肿瘤反应但是存在高毒性的大体概况。

但是这些策略依旧获得了客观的肿瘤缓解，随后的FDA批准用于治疗一些肿瘤——主要是自然的免疫原性肿瘤，如黑色素瘤和RCC，如图1所示。然而，很明显，成功的治疗是一个例外（只有一小部分患者表现出客观缓解），而且通常，这些策略未能在多种肿瘤类型中显示出显著的临床获益。进一步发展增强治疗的一个主要限制是免疫相关的不良反应。事实上，在大多数情况下，由于不利的缓解/毒性比，这些疗法都没有将它们的应用扩展到传统的免疫原性肿瘤以外的肿瘤（例如IL-2和抗CTLA-4 mAb）。缓解率和毒性比例之间的问题可能会限制其临床发展。

在过去和现在的几年里，我们可以用更好的角度来审查所有可能的免疫疗法——我们选择将我们的分析集中在FDA批准的癌症免疫疗法上，这些疗法已经在至少一种肿瘤类型中表现出了显著的抗肿瘤活性。

图1. FDA批准的癌症免疫疗法及其适应症，分属免疫增强和免疫正常化的分类。

图列示所有FDA批准的癌症免疫疗法。这些癌症免疫疗法被分为两类。免疫增强类(IFNs、IL- 2、抗CTLA-4、癌症疫苗和CAR-T细胞)在左边的面板中列出，始于1984年首次批准I型IFN用于治疗毛细胞白血病。免疫正常化分类(抗-PD-1/PD-L1单克隆抗体) 在右边的面板中列出，始于2014年第一次获批的抗-PD-1单克隆抗体nivolumab。经批准的疾病适应症列在面板中间。

癌症疫苗

根据传染病疫苗接种的想法，最流行的癌症免疫疗法是通过许多不同的方法对患者进行免疫接种对抗肿瘤抗原，包括基于细胞的、基于DNA的和基于蛋白质/肽的制剂。不幸的是，在进行了数千次癌症疫苗试验并在多种肿瘤类型中进行了测试之后，只有一种癌症疫苗得到了适度的效果（sipuleucel用于前列腺癌中）。

具有讽刺意味的是，这些疫苗接种策略中有许多能够在外周循环中诱发肿瘤特异性的T细胞响应，但不能显示客观的抗肿瘤活性。

这些发现表明，肿瘤特异性T细胞启动可能并不是这些癌症患者的主要障碍，而在一些黑色素瘤患者中白癜风的出现是一种irAE的标志，也与癌症疫苗接种后的客观肿瘤应答相关。

细胞因子

增强癌症免疫疗法最具说服力的例子之一是使用IL-2。IL-2是抗原特异性T细胞和天然杀手（NK）细胞所需的生长因子。

IL-2首次发现与1976年，并在1983年分离了其cDNA克隆。随后，重组IL-2在许多小鼠肿瘤模型中显示具有抗肿瘤活性。根据动物模型数据，IL-2在癌症患者中进行了测试，并获得了FDA的批准，用于治疗肾细胞癌（1992年）和黑色素瘤（1998年），其客观缓解率为5%-15%。在大多数患者中，IL-2只在少数情况下会诱发有效的抗肿瘤免疫反应。IL-2在多个器官和组织中引起重大毒性——主要与毛细血管渗漏综合征相关。

因此，抗肿瘤效应似乎是例外，而对免疫系统的广泛刺激似乎是一种规则。随着新版本的IL- 2受体激动剂的到来，疗效和毒性预计将有所改善，这种激动剂的设计首先基于优先于Treg IL- 2受体与CD8和NK IL- 2受体结合的工程IL-2，其次基于靶向肿瘤抗原和重新聚集多数IL-2效力于肿瘤微环境的双特异性结构。

抗CTLA-4单克隆抗体

CTLA-4是一种细胞表面受体，当TCR接合之后，在T细胞中被诱导表达，作为初始和效应抗原特异性T细胞激活的调控物。

此外，CTLA-4在Treg中高度表达，已被证明对诱导Treg的发育和功能至关重要。缺乏CTLA-4的小鼠会产生早发性的T细胞活化，导致在3周龄左右发生炎症浸润和死亡，凸显了CTLA-4在控制自体反应T细胞应答中的重要性。

在临床中，抗CTLA-4 mAbs常常诱发自体免疫反应，证实了这一通路在控制自体反应T细胞方面的重要性。这些自体免疫反应是否由于常规T细胞或调节T细胞或是两种细胞中的CTLA-4都丧失功能，仍在争论中。

最近的一项研究在人源化CTLA-4小鼠模型中使用临床级抗CTLA-4单克隆抗体(ipilimumab)阻断B7 / CTLA-4相互作用使人对其产生怀疑，而近年来的众多研究表明抗CTLA-4单克隆抗体的主要效应可能是由Treg的清除介导的。因此，这些结果要求重新评估抗CTLA-4疗法的“免疫检查点阻断”概念。

另一方面，虽然一小部分黑素瘤患者形成了客观肿瘤缓解（15%-20%），但严重的毒性（3-5级）更常见（30%），这表明这种药物更有效地激活了自体反应而不是肿瘤特异性T细胞。

从作用机制来判断，CTLA-4阻断策略可能是另一种类型的增强癌症免疫疗法，因为没有证据表明这个通路诱导肿瘤免疫逃逸机制，而且，我们没有证据表明抗CTLA-4单克隆抗体相对于自体反应T细胞优先激活患者的肿瘤特异性T细胞。

与此相反，临床数据表明，当与非特异性T细胞生长因子IL-2一起使用时，与客观肿瘤缓解（ORR）相比，irAE更常见（表1）。这种不佳的缓解/毒性比率很可能是为什么ipilimumab被批准用于治疗转移性黑色素瘤，但在其他肿瘤类型中作为单一药物治疗没有显示出临床疗效的原因。

嵌合抗原受体

CAR-T细胞是基因工程T细胞，具有抗原结合域（通常是单链可变片段[scFv]）和额外的来自受体的细胞内共刺激域，如CD28和/或CD137。

这些工程T细胞的优势在于，CAR-T对抗原的识别不受主要组织相容性复合体（MHC）表达的限制。这种设计是使用工程效应免疫细胞更有效地攻击肿瘤细胞的最典型的例子之一，而大量的注入这些细胞是增强策略的一个范例。

它的一个主要缺点是它需要肿瘤细胞表达胞外靶点，这限制了CAR-T细胞的特异性和广泛应用，也是目前CAR-T细胞治疗领域亟需攻克的一个难点。自从杂交瘤技术的发明以来，大量的mAb被用来对抗肿瘤细胞，希望能发现“神奇的子弹”可以直击癌细胞，但是直到目前来说，极少有肿瘤特异性的细胞表面抗原。

CAR-T细胞在识别和摧毁靶细胞方面非常有效。

在这方面，当靶抗原为肿瘤和非肿瘤组织共有时，这种类型的细胞治疗同样有效地清除肿瘤和正常细胞。例如，靶向CD19蛋白质的CAR-T细胞在识别和摧毁B细胞淋巴瘤和白血病细胞方面非常有效，但同时也清除了患者体内所有正常的CD19+B细胞。虽然这种脱靶效应是可以接受的，因为B细胞的耗竭可以通过给予多克隆人类免疫球蛋白G（IgGs）来代替，但当靶抗原在正常的上皮细胞中表达时，其后果可能会更剧烈。

除了这种脱靶毒性外，与CAR-T细胞相关的最重要的irAE是急性细胞因子释放综合征（CRS），这是由于在经抗原识别后CAR-T细胞产生超生理水平的细胞因子导致的结果。所有这些都是将这些疗法扩展到实体肿瘤的重要限制，正如在HER2特异性CAR-T细胞的初步结果中所显示的那样。

在使用癌症的增强免疫疗法的过程中，不可避免的一点就是——我们将免疫系统整体的激活之后，往往会提高irAE（除了血液恶性肿瘤的CAR-T治疗）的发生率。并且，这些药物很难拥有更广泛的适应症，即同一种疗法可以在多种癌症中使用。

上图左边的这个代表的增强免疫疗法往往只在单一的癌症中使用

因此，整体激活的免疫疗法往往并不能够使得患者获得最佳的收益，在肿瘤局部形成强有力的免疫效应才可以更好地治疗癌症，而这个，就被陈列平教授总结为癌症治疗的免疫正常化疗法。

接下来就让我们一起来看看癌症免疫疗法的最新理念——癌症的免疫正常化治疗。

正常化癌症免疫疗法的时代到来了

在过去的十年中，通过临床研究和观察，我们发现可一个重要的现象——全身的免疫激活并不一定会使得癌症消退，尤其是在实体肿瘤患者的治疗中。

事实上，有充分的证据表明，在外周血液中存在完全激活的肿瘤特异性T细胞与肿瘤的消退或癌症患者治疗后更好的预后并不呈现出更好的相关性。随着肿瘤产生的免疫逃逸机制的发现和阐释，这种矛盾最近得到了更好的理解：

肿瘤的免疫逃逸导致了人体中局部而非全身性的免疫抑制

人类癌症可以发展出各种机制来逃避特定的和非特异性的免疫攻击。这些机制可以防止免疫攻击，使肿瘤微环境中的T细胞无法有效的杀灭癌细胞。不幸的是，迄今为止发现的肿瘤免疫逃逸的机制，与那些自我耐受的机制通常是相似的（即癌细胞往往利用自身正常细胞避免免疫细胞攻击自身的机制），这使得开发一种能产生抗肿瘤应答而避免irAE的治疗方法变得困难。

然而，最近使用mAbs来阻断B7-H1和PD-1相互作用（统称为抗PD疗法）在临床上取得的进展却让我们大受鼓舞。

事实上，抗PD疗法是FDA批准的第一种在癌症患者中展示出客观肿瘤缓解比起副作用irAE小的免疫疗法，这表明在不增加毒性的情况下，提高疗效是可以实现的。我们通过在临床试验中使用FDA批准的IL-2、抗CTLA-4与抗PD-1 mAb作为治疗转移性黑色素瘤患者的单一药物，比较它们的客观缓解率和irAE（表1），结果抗PD疗法明显效果更甚并且副反应发生率更低。

此外，最近用nivolumab（抗PD-1）和ipilimumab对晚期和局部黑色素瘤患者进行了一项肩并肩比较的随机临床试验，证实了nivolumab的抗肿瘤活性是ipilimumab的3倍，而毒性比后者低3倍。此外，临床结果一再证明，这种策略可以在更大范围的、扩散的晚期人类恶性肿瘤中使患者得到持久的缓解，增加了免疫疗法的适用范围，超越了传统的先前分类的免疫原性肿瘤，如黑色素瘤等。

目前，抗PD疗法已被FDA批准用于治疗转移性黑色素瘤、肺癌、头颈部癌症、肾细胞癌、尿路上皮癌、肝癌、胃癌、霍奇金氏淋巴瘤、梅克尔细胞癌、大B细胞淋巴瘤、宫颈癌、任何MSI +肿瘤 (图1)。

此外，抗PD治疗在超过25种不同类型的实体肿瘤和几种血液恶性肿瘤中都可以起到很好的治疗效果，这很可能让FDA在未来将抗PD治疗批准作为更多癌症的治疗方式。促成这一空前成功的最重要的因素之一就是其治疗效果比毒副作用要强大得多——在多个肿瘤分类中有40%的客观肿瘤缓解率和仅有7%-12%的3-5级irAE。

这种超越以往治疗的肿瘤缓解-毒性表现和跨多种肿瘤类型的抗肿瘤活性（超越那些经典的“免疫原性肿瘤”）反映了一种不同的作用机制，此处称之为免疫正常化。

抗PD治疗是目前我们最了解也是临床效果最好的一位，但是我们相信还有其他潜在的免疫正常化者，并从抗PD治疗的原理中学习，我们或许可以重现抗PD治疗的成功。

正常化癌症免疫疗法的原理

免疫正常化的概念强调了在肿瘤进展过程中识别免疫反应的特定缺陷或功能障碍的重要性，并制定专门纠正这些缺陷以恢复天然抗肿瘤免疫能力的策略（即发现癌细胞如何逃避免疫系统的追杀，然后堵上这条路）。尽管正常化策略的最终结果可能会导致免疫反应的升高，但这些反应一般不会超过自身的免疫调节的上限，从理论上讲，不会对正常的器官/组织造成永久性的损害。

在正常化免疫疗法中，免疫反应“受控的”升高可能是由于免疫反应受正常的反馈调节。虽然在一些情况下，在使用抗PD治疗的患者中出现了严重的irAE，但在一种标准化免疫疗法的情况下，这些患者可能倾向于或处于炎症或自身免疫疾病的“亚临床”状态，在这种情况下，抗PD治疗将成为“棺材上的最后一颗钉子”。

为了说明这个概念，我们可以把免疫反应的过程看作是一个有水流的大管道。

正常的免疫反应，就像正常流通的水管中的水流。因此，如果管道被阻塞，流量受到影响，管道将不会充分地排水。在这种情况下，“增强”的方法可以阐释为我们增加管道的压力以克服排水不足的问题，但是这往往也可能会带来压力过高从而使得管道破裂的风险。

相反，正常化方法可以通过识别和解除阻塞以恢复正常的水流的策略来说明，这种策略不会冒损坏管道的风险，并且同样可以治疗癌症（图2）。

图2. 图示说明免疫正常化与免疫增强的方法。

采用适当的管道流量和排水作为抗肿瘤免疫反应的比较。当阻塞削弱水流时，管道的流量可能不足，正如当免疫功能受损时，抗肿瘤免疫反应可能不足一样。免疫增强方法图示为增加流动或压力，以恢复正常的功能/流量，同时伴随损坏管道的风险(不良影响)。相比之下，免疫正常化的方法将是识别并尝试解除这种特定的阻塞并恢复流量。

到目前为止，抗PD治疗是癌症免疫正常化方法的最明确的例子。免疫抑制性B7-H1蛋白在TME中过度表达，导致对肿瘤特异性效应T细胞的过度调节，从而产生局部免疫反应缺陷，阻止了免疫细胞对肿瘤细胞的破坏。阻断B7-H1/PD-1通路则选择性的修复了这个缺陷，并恢复了对肿瘤的免疫能力，同时也不会导致总体的免疫激活。

以B7-H1/PD-1通路为例，我们可以阐明为什么免疫正常化可以在提高抗肿瘤治疗疗效的同时降低免疫不良事件的发生率，以下是我们经过研究发现的最主要的3个原则。

靶向肿瘤引起的免疫逃逸机制

大量证据表明，B7-H1/PD-1是导致抑制免疫反应的主要反受体。尽管B7-H1或PD-1也可以与其他蛋白质（B7-H1/B7-1，PD-1/PD-L2）相互作用，但是这些相互作用在生物学的作用上尚不清楚。

正如大多数研究显示的那样，虽然T细胞是免疫抑制的主要目标， PD通路也可能削弱树突状细胞、巨噬细胞和NK细胞的功能。PD-1介导的抑制机制显得尤为复杂，包括细胞凋亡、诱导抑制细胞因子、无反应性、耗竭和Treg诱导。同样明显的是，B7-H1也可以作为一种受体，将抗凋亡信号传递给不同类型的细胞，这可能导致肿瘤细胞抵抗T细胞介导的裂解。

这些潜在的机制是如何导致人类癌症恶化的，以及新的机制的见解，都需要我们进行深入的研究。

B7-H1/PD-1通路代表了典型的肿瘤适应性免疫逃逸机制。一经识别肿瘤抗原，肿瘤特异性效应T细胞上调 PD-1和分泌IFN-γ，在TME中诱导肿瘤和髓系细胞表达B7-H1。B7-H1通过与PD-1的接合抑制T细胞，阻断抗肿瘤T细胞的攻击。这种抗肿瘤T细胞反应的中断表现为一种局部免疫缺陷，它允许肿瘤逃逸，并被称为“适应性免疫抵抗”。通过终止B7-H1/PD-1通路信号，可以恢复对抗肿瘤免疫反应的阻断，这是在临床前肿瘤模型中首先被发现的机制。

此外，慢性病毒感染模型（例如HBV或LCMV）证明了B7-H1的慢性表达与T细胞功能障碍有关，当阻断B7-H1/PD-1通路时可以恢复T细胞功能。这些发现也在人类慢性病毒感染中得到了证实。尽管大量证据表明慢性病毒感染也利用B7-H1/PD-1通路来抑制抗病毒免疫，但从这些研究中得出的经验并不总是适用于理解B7-H1/PD-1介导的肿瘤逃逸机制。

与在病毒感染过程中外周器官和淋巴器官常发的全身免疫抑制形成对比，肿瘤的逃逸机制经常发生在肿瘤部位，而外周器官和淋巴器官的免疫反应则相对正常。这可能部分解释了渐进肿瘤生长伴随血液中的肿瘤免疫升高的分裂，这表明如上所述T细胞免疫反应的启动没有受到损害。

这引出了正常化癌症免疫疗法的第二个重要原则：在肿瘤微环境中选择性调节免疫。

在肿瘤微环境中选择性调节免疫

B7-H1/PD-1通路与其他免疫抑制通路的主要区别是，在正常的生理条件下，B7-H1/PD-1在非淋巴组织中处于最低活性。

在这方面，B7-H1蛋白没有在稳态的正常人体组织中表达（除了胎盘、扁桃体、肺和肝内的一小部分巨噬细胞样细胞），尽管B7-H1的mRNA在各种正常组织/细胞中广泛存在。与此相反，这种膜受体可以广泛地由I型和II型IFN诱导，并在包括肿瘤和病毒感染组织的炎性组织内的造血细胞和非造血细胞的细胞膜上展示。

由于PD-1广泛存在于外周血、肿瘤和非肿瘤淋巴器官的效应记忆T细胞上，抗PD治疗的特异性效果是由肿瘤微环境中B7-H1的选择性表达决定的。

在非发炎的组织中，B7-H1的最小表达方式通过防止对正常组织的损伤，并允许更集中、更精确的免疫反应和更少的全身免疫激活确保了抗PD治疗的肿瘤部位的选择性效果。

在抗PD治疗的早期临床试验中，抗PD-1或抗B7-H1 mAb在剂量递增试验时未能达到最大耐受剂量，这证实了其最小的全身毒性。剂量依赖性的毒性增加同样不存在，与剂量为1毫克/千克的剂量相比，10毫克/公斤剂量没有明显增加严重不良事件的发生率。

因此，该通路的肿瘤部位特异性主要是由IFN的局部诱导B7-H1作用决定的。通过这种方式，B7-H1表达通常是一种局部持续但损害抗肿瘤免疫反应的信号。组织学分析证实了这一概念，因为大多数人的肿瘤的B7-H1的表达方式表现为局灶或聚集而不是分散的分布，并且经常与T细胞浸润的位置相同。

一个尚不明确的事情就是目前还不能很好地理解为什么像IFN这样的可溶性细胞因子不会扩散到大面积的组织中，从而产生更深远的影响。对此，一种可能的解释是：

IFN受体的广泛分布在TME的各种类型的细胞中，这可能会阻止IFN进一步散播。

在抗PD治疗过程中，支持肿瘤选择性免疫反应的进一步证据是T细胞的选择性扩增和功能改进主要是在肿瘤部位，而在外周血液中检测到的免疫细胞激活标记和肿瘤消退之间缺乏相关性。这与增强免疫疗法形成了鲜明的对比，后者通常能有效地激活全身免疫反应，但在肿瘤部位却表现出微弱的免疫激活。

在肿瘤微环境中重置免疫

在抗PD治疗的基础研究和临床研究中，最有趣但不太为人所知的观察是它在TME中重置或重新规划抗肿瘤免疫的能力。

B7-H1 / PD-1通路似乎是一个“总开关”，在一些癌症患者中决定了整个TME的命运，因为操纵单个通路(阻断B7-H1 / PD-1相互作用)，在某些情况下,甚至是一剂抗-PD疗法就可以将一个最初高度抑制的TME改变成一个高度活跃的炎性位点。

在抗PD治疗1期临床试验中，一些患者经单剂量的抗PD治疗就表现出客观的肿瘤收缩。因为在细胞和分子水平上，免疫功能障碍或缺陷往往是多方面的，这些观察结果令人鼓舞，并暗示，至少在某些患者中，使单一主通路正常化就足以触发重置过程，而且没有必要纠正TME中的所有缺陷——这可能也是为什么目前仅仅抗PD治疗单药使用就使得部分患者可以长期治愈的原因。

从目前可用的数据中，我们推测，大多数晚期癌症患者并没有全身性的免疫缺陷，他们的免疫系统仍然在不断地向TME提供新生成的效应T细胞。这是正常化免疫疗法的重要免疫学基础。

晚期癌症患者的TME可能被认为是一种恶劣的免疫环境，在这种环境中，各种免疫逃逸机制在肿瘤恶化过程中已经形成。

抗PD治疗的作用机制可能是多方面的，包括恢复那些已经功能失调的T细胞的功能，以及防止新到达的效应T细胞在TME中功能紊乱。这些重新振作的T细胞，在PD-通路阻断下，以及新到达的免疫细胞被保护而不受PD-通路抑制的影响，可能有助于在TME中重新设置免疫反应，而作为效应细胞对抗肿瘤细胞。这一正常化过程的一个重要但不太为人所知的结果是记忆T细胞的产生，人们相信它能提供抗PD治疗的持久抗肿瘤效果。

目前我们还不知道肿瘤抗原特异性记忆T细胞的起源，它们如何以及为什么成为记忆T细胞，以及如何调节它们。理解这些问题将决定我们如何以及何时能够精确地使用这些疗法。

除了B7-H1之外，还有一系列在抗肿瘤免疫反应中引起免疫缺陷的分子通路，这些通路都可以被用来恢复免疫反应。

目前一种新的一种人类癌症分类系统被提出——微环境中的肿瘤免疫（TIME），其分类基础是TIME中肿瘤浸润性白细胞（TIL）和B7-H1表达水平，可作为寻找潜在的需要正常化的免疫缺陷的路线图（图3）。这些免疫缺陷的分子实体和机制一旦被识别和阐释，就可能成为正常化免疫疗法的潜在靶点，并且应该为那些对 抗PD治疗没有反应的患者提供另一种选择。

图3. 微环境中的肿瘤免疫分类。

根据B7-H1 (PD-L1)的表达和肿瘤活检中TIL的存在，确定了4个可能对机制和治疗有潜在影响的TME组: (1) B7 - H1阴性、无TIL的肿瘤，由于免疫细胞不聚集在肿瘤部位，被认为是没有免疫的，(2)具有TIL的B7-H1阳性肿瘤，被认为是B7-H1/PD-1通路介导的肿瘤适应性抵抗的范例，(3)具有TIL的B7-H1阴性肿瘤，由于存在TIL，认为是耐受状态，但没有通过IFN-γ的产生在肿瘤微环境中诱导B7-H1表达，(4)没有TIL的B7-H1阳性肿瘤，被认为是可能通过易被靶向的致癌通路内在诱导肿瘤细胞中B7-H1表达的一种情况。组1、3和4可以通过不同的策略转化为组2，使TIL存在并表达B7-H1，更有效的与anti-PD疗法的作用协同。

在潜在的不同抗肿瘤免疫缺陷中，我们可以将癌症患者分为三类：

01

肿瘤中缺少免疫细胞和/或免疫细胞的增殖障碍，TEM中缺乏明显的TIL，如TIME类型I和IV，

02

活化TIL被过度调节，很大程度上是由于B7-H1 / PD-1通路的影响和潜在的其他T细胞调节通路，标示为TIME类型II，

03

TEM中的TIL由于其他分子通路的抑制(非-B7-H1 / PD-1)而功能失调，标示为TIME类型III。

关键的是要确定在每个患者中哪些抗肿瘤免疫缺陷占主导地位，对所有的患者采用相同的治疗策略是低效、昂贵和并且会浪费很大一部分医疗资源。例如，在一名患有缺乏免疫细胞浸润的癌症患者中，针对局部免疫抑制途径，如B7-H1/PD-1通路，作为单一疗法可能是毫无意义的。

由于我们刚刚开始了解在免疫反应调节中TME的复杂性，很明显，这一时期的人类癌症分类是初步的，也就是我们刚刚开始踏入更深层次的大门，这将会为我们带来更多的问题，在这个过程中必然会遇到很多问题。

例如，在II型和III型TIME中，我们不知道哪种类型的TIL成分和其他调控细胞将决定免疫疗法的结果和反应。

除了IFN，还有其他的细胞因子和分子通路可以调节B7-H1的表达吗？

在I型和IV型TIME中，是什么使TME阻止了TIL的进入，以及阻止TIL增殖的机制是什么？

这些癌症类型不太可能没有足够的抗原，因为我们之前的数据已经表明，在几乎所有人类癌症中，黑色素瘤都有最高的突变负荷，（可以多达多达45%的黑色素瘤）。对分子通路的识别和阐释以及TME的详细分子表征进行广泛的研究，可能有助于解决这些问题，并为未来的正常化癌症免疫疗法提供靶点。

开发新的正常化癌症免疫疗法的挑战

随着抗PD治疗的成功，免疫正常化作为一种癌症免疫治疗的方法已经显示出了很大的希望。然而，仍有一些障碍阻碍了超越增强免疫疗法的新正常化免疫疗法的开发。其中一部分限制来源于我们的概念，而还有一些问题可能是我们目前的技术依旧有着很大的局限性。

主导抗肿瘤免疫缺陷的识别

正常化免疫疗法的开发依赖于识别抗肿瘤免疫反应中的特定缺陷。然而，肿瘤引起的免疫缺陷是高度异质性的——这也是为什么精准医疗如此活人的原因，这种免疫缺陷的异质性不仅发生在不同的病人身上，而且还延伸到单个肿瘤病灶的不同区域。这些观察说明了识别哪些免疫缺陷在最终促进肿瘤逃逸中占主导地位或是主开关的重要性。

然而，主开关的定义可能是特定于病人的，应该根据调节肿瘤微环境的能力在功能上进行验证是否确实如此——在每个病人中选择正确的主开关才是真正的挑战。

目前，在TME中识别出的所有免疫缺陷的唯一方法是经验性的。因此我们需要更好的体内模型来描述病人TME中不同免疫通路的支配性以及它们的调节作用。我们很高兴的看到人源化的小鼠模型或外植块3D培养模型或许可以提供这样的支持。

在TME中研究免疫缺陷的技术难题

与B7-H1/PD-1通路相似，许多其他支持肿瘤进展的免疫抑制机制发生在局部TME中。阐释这些机制的一个主要挑战是在TME水平评估免疫反应的能力，这需要连续的肿瘤组织收集和分析。这与增强免疫疗法截然不同，后者的全身性影响可以通过血液分析更容易监测。肿瘤组织分析是一个巨大的技术挑战，因为癌症患者的连续活组织检查是一件困难的事情。

对这些免疫缺陷的研究需要使用能够进行具有高表型分辨率的单细胞分析的技术。新的技术平台，如单细胞测序、质谱流式细胞技术和活体成像技术（例如PET成像技术）可能有助于发现TME的复杂性并为此作出贡献。随着在TME中对各种免疫缺陷的识别和阐释的快速进展，我们在未来面临的的巨大挑战将是如何在多个免疫抑制通路中识别出一种或少数几种在特定患者中占主导地位的方法，从而决定最佳的治疗方法，而这将会是未来可以解决癌症的一个重大的进步。

在这个过程中，我们需要不断探索新的疗法，例如其他疗法联合抗PD治疗，这也要求我们需要了解联合抗PD治疗的原则。

将其他疗法联合抗PD疗法的原则

抗PD治疗作为一种免疫正常化方法的代表，在其广泛的治疗效果和最小毒性的背景下具有内在的和显著的优势，从而促进了其在联合治疗中的应用。

虽然联合疗法代表了一种流行的治疗癌症的策略，但这种策略在很大程度上是由临床癌症治疗、企业融资和市场竞争的需求混合而成的，而这些需求只有有限或适度的科学依据。目前，有超过1500个将抗PD疗法与几乎所有可用的癌症疗法结合起来临床试验正在进行中，包括化疗、放疗、溶瘤病毒、靶向治疗和其他免疫疗法。然而，许多临床试验并不是基于抗PD治疗的基本原理而设计的，其中一些临床试验甚至可能会削弱抗PD疗法的效果。联合癌症免疫疗法的未来方向主要应以科学为指导。

例如，应该根据通路的生物学特性来选择一个与抗PD治疗成功组合的最基本的诉求也是最重要的一点就是——我们的主要驱动力是免疫细胞，特别是效应T细胞和记忆T细胞，需要重视和加强效应T细胞在TME中的存活和活化并生成记忆T细胞以产生长期作用。这里我们提供一些具体的案例以供分析。

联合放疗和化疗

放射疗法可能会破坏肿瘤组织中存在的有用的肿瘤特异性T细胞，而对于那些在开始放疗的时候没有肿瘤浸润T细胞的肿瘤中进行局部放射治疗会更安全（TIME分类I和IV）。

类似地，一些化疗药物也可能损害TME中的效应T细胞的功能，这可能会导致联合治疗的亚加性效应（less-than-additive effect）。在这种情况下，采用贯序的治疗方法，而不是联合治疗，可能是一种更好的方法，因为免疫疗法可以促进肿瘤特异性T细胞的增殖，同时我们也在使用靶向细胞分裂的关键过程的细胞毒性因子。

此外，目前还不清楚放射治疗或化疗是否会影响记忆T细胞的产生，这是适应性免疫的是——可能直接决定免疫疗法的持久性。这个问题也应该在未来得到解决。在这种关注的背景下，总体生存率可能比肿瘤缓解率更好地评价肿瘤特异性记忆形成的影响。

令人鼓舞的是，在短时间内（1-2年）抗PD疗法加上化疗的整体存活率提高了。更重要的是将这种联合疗法与抗PD单一疗法进行比较，以及对记忆T细胞的生成进行评估，这是一种持久免疫反应的主要力量。

联合局部疗法

将各种生物和化学制剂直接注入肿瘤作为癌症治疗的方法，与威廉B·科尔在19世纪晚期的努力有着长期的历史。这些药物包括但不限于TLR、RIG-I-样受体（RLR）激动剂、STING通路调节剂和溶瘤病毒。

局部治疗方法被认为可以：

（1）触发先天免疫，以启动适应性免疫；

（2）诱导肿瘤细胞死亡，这可能使免疫系统获得更多的肿瘤抗原；

（3）产生更具炎症的环境，这可能支持更好的T细胞反应。

这些疗法可以诱导实验模型中注射和远端肿瘤的消退。在黑素瘤和脑肿瘤局部注射溶瘤病毒的临床试验中报告了很有希望的结果。在临床中，局部疗法在长期生存率和远端转移的消退中所起的作用仍有待研究。此外，这些方法对患者TME的免疫学作用的一些基本问题仍有待充分阐释。在正常的组织中，这些局部疗法可以产生潜在的先天免疫，这有助于触发抗原特异性反应。

然而，在TME中，不同的肿瘤逃逸机制可能会削弱抗原特异性反应，这解释了在临床中仅使用这些疗法观察到的客观缓解率很低。在这些观察的背景下，将局部疗法与抗PD疗法结合起来，以中和在TME中形成的免疫抑制机制似乎是合理的，前提是B7-H1/PD-1通路是主要的免疫抑制机制之一。由于抗PD治疗可能的免疫支配性，也有可能这种组合会加强T细胞对病毒抗原的反应而不是肿瘤抗原。另一方面，局部治疗已被证明是一种增加T细胞对肿瘤的渗透有效方法。

最近发表的一些有希望的结果，说明了局部病毒疗法作为一种增加肿瘤T细胞浸润的方法与抗PD治疗协同作用。

联合靶向治疗

在动物模型和目前临床试验中广泛探讨了抗PD疗法和靶向疗法（抗体或小分子）的结合。虽然这些疗法不能作为单一的药物来实现持久的、完全的缓解，但在大多数情况下，它们对于抑制肿瘤的生长和改变甚至重置TME是很有用的。有可能通过靶向治疗来快速分解肿瘤细胞，产生急性炎症环境，从而增强肿瘤免疫。不能排除在这种情况下B7-H1可能上调。

如果是这样的话，靶向疗法和抗PD疗法的结合似乎是合理的，因为至少会有一个累加效应。然而，选择靶向疗法应该谨慎，以避开TlL的增殖和生存所需要的内在代谢和激活通路。此外，还应考虑肿瘤特异性T细胞记忆形成所需的通路。

联合过继细胞疗法

在一些患者中，采用细胞疗法失败的原因之一可能是进入TME时，活化T细胞被抑制。在过继回输前，T细胞在体外被激活，导致PD-1表达。活化的效应T细胞在TME中识别肿瘤抗原可以迅速释放IFN-γ；因此推测B7-H1表达上调，尽管这需要在临床中得到验证。

因此，只要体外激活的T细胞能够到达TEM，TIL和抗PD治疗可能是未来癌症免疫疗法的一个有吸引力的方向。

与其他免疫疗法联合

目前，正在开发的多种免疫疗法可以与抗PD疗法相结合。这些潜在的组合已经在其他地方得到了评估。要选择结合抗PD疗法最可能成功的免疫疗法策略，有些方面需要考虑。

首先，正如上面的原则部分所解释的，抗PD治疗的良好反应-毒性比率是由于在TME中有选择性的表达B7-H1，而在稳态的正常组织中有最小的表达。然而，在正常组织中促进炎症的疗法可能会在TME外引发抗PD治疗效果，从而失去这种良好的反应-毒性比率。

一个例子是与抗CTLA-4 mAb的联合。正如我们之前所回顾的，CTLA-4 mAb作为一种单一治疗方法，irAE比客观肿瘤缓解更易发生。抗PD治疗可以放大这些非肿瘤组织中的irAE，这可以解释为什么抗CTLA-4加抗PD治疗显示出协同作用的毒性作用，而是一种累加的抗肿瘤效果。在TME中有选择性的治疗，但有不同的作用机制（例如靶向髓系细胞或其他免疫逃逸机制）的其他免疫疗法，可能是与抗PD治疗相联合的更好免疫治疗伙伴。

重要的是要更好地理解T细胞的记忆是如何形成的，协作不仅能达到强大的效应T细胞反应，而且还能建立强大的T细胞记忆，从而确保长期的免疫反应。

联合治疗协同作用的理想方案，通常被表述为“1+1>2”。 如果两种或两种以上的药物没有协同作用，贯序使用这些药物可能会达到同样的目的。

了解了抗PD治疗的机制和局限性后，对TIME分类I型、III型和IV型的肿瘤，理想的情况是采用不同的治疗方法，以期将其转化为II型肿瘤。在这种情况下，这些治疗方法很可能与抗PD治疗能协同作用，因为抗PD疗法最有可能在存在TILs和由B7-H1表达的肿瘤中有效。因此，未来的工作将是用一组生物标记物仔细分析每个患者的抗肿瘤免疫反应的缺陷，并设计出一种有效的联合疗法的基本原理，从而达到潜在的协同效果。

例如，I型和IV型肿瘤将需要采取增加T细胞在TME中转运的策略，而III型肿瘤将需要采用打破TIL耐受性或逆转TIL功能障碍的策略（图3）。

结束语

癌症免疫疗法正在经历一场重要的转变，从传统的免疫增强疗法转变为一种更有效、更少毒性的免疫正常化治疗方法，前者基于免疫激活过程的一般知识激活全身免疫反应，后者基于肿瘤诱导免疫逃逸机制靶向肿瘤微环境。抗PD治疗已经树立了一个例子，它可以增加抗肿瘤的效果，同时使irAE最小化。

这些研究将为癌症免疫疗法领域制定一个新标准，我们相信未来癌症免疫治疗的目标应该是不仅要增强抗肿瘤免疫力，同时也要理解特定的肿瘤免疫缺陷，并使其正常化，在正确的位置有选择地修改特定类型的抗肿瘤反应，而不是加剧全身免疫反应而增加irEA的风险。

我们的分析揭示了多个原则，这些原则是抗PD治疗取得成功的基础和必要条件。因此。我们从B7-H1/PD-1通路免疫学中学到的原理和抗PD疗法的发展将引导我们设计更有效的癌症免疫正常化疗法，分析出最优的联合疗法，同时也为更多的癌症患者带去希望。

本文由上海细胞治疗集团研究院刘韬翻译，汪鹏整理，文章最终解释权和图片所有权归原作者所有。

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