清华大学教授详解：肿瘤免疫治疗为何获得诺贝尔奖？
詹姆斯·P·艾利森和本庶佑获得2018年诺贝尔生理学或医学奖
今天，詹姆斯·P·艾利森和本庶佑因“通过抑制免疫负调节机制，发现了新的癌症治疗方法”获得2018年诺贝尔生理学或医学奖，我们在此重发2015年董晨老师发表在《赛先生》的这篇旧文，为大家解读，为何诺贝尔奖颁发给他们。
撰文 | 董晨（清华大学免疫学研究所教授）
近几年，有关肿瘤免疫治疗的好消息不断传来。一系列成果的出现，使美国《科学》杂志在2013年把肿瘤免疫治疗推为当年最大的科学突破。
有几项进展格外引人瞩目：继美国食品和药品管理局（FDA）2011年批准anti-CTLA4（细胞毒性T细胞抗原-4抗体）用于治疗黑色素瘤，PD-1（程序性细胞死亡1）抗体也在2014年获准用于同类肿瘤，并提前结束肺癌第三期临床试验；CAR-T（嵌合抗原受体T细胞免疫疗法）技术在白血病治疗方面也有巨大成功。
一时间，有不少业内人士认为，这一领域的成功可能在近几年获得诺贝尔奖。那么，谁应该得奖呢？更重要的是，这些发展的科学基础是什么？
我们体内的T细胞主要是带有αβT细胞受体的一类，而其中又有表达CD4和表达CD8分子两种。CD4 T细胞主要分泌细胞因子来调节其它免疫细胞的功能，因此被称为辅助性T细胞。CD8 T细胞则被叫作杀伤性T细胞，对于病毒感染的细胞，它们能特异性地识别并杀死它们。
免疫学家一直想利用疫苗来引发肿瘤特异性的CD8 T细胞的功能，从而消灭肿瘤。针对病毒抗原的疫苗，对于人乳头瘤病毒（HPV）和乙型肝炎病毒（HBV）引起的肿瘤，都有不错的预防作用。但是治疗性肿瘤疫苗，包括利用树突状细胞的疫苗，到目前都没有太强的治疗效果。位于美国西雅图的生物制药公司Dendron有个治疗前列腺癌的树突状细胞疫苗，曾因获FDA批准而股票大涨，但又因治疗效果不佳在最近宣布倒闭。
免疫学界的另一种思路是把肿瘤病人的T细胞活化以后回输给病人，但是病人血液里的肿瘤特异性T细胞一般比较少。美国癌症研究所的Steven Rosenberg博士发现了一种新的办法。他本人也是外科医生，可获得大量的肿瘤组织用于实验。他的实验室就把黑色素瘤组织里的T细胞用T细胞受体活化剂以及生长因子-白细胞介素2扩增起来。肿瘤组织里的T细胞很多是针对治疗的。这些T细胞被回输到病人体内，有比较好的治疗效果。据我所了解的美国安德森癌症中心（MD Anderson）的结果，采用这种被称为“Adoptive T Cell Therapy（过继性T细胞治疗）”的疗法，大概有50%以上的黑色素瘤病人有治疗反应。
但是对于其它肿瘤，尤其是非实体瘤，不一定像黑色素瘤的免疫性那么强，或者很难收集到肿瘤特异性较强的T细胞。一些科学家就想到，把针对肿瘤的表面受体加到病人血液里的一般CD8 T细胞上，从而使它们也可以攻击肿瘤。CAR-T就是这样一种方法，把识别所有B细胞都表达的CD19分子的受体加上能引起T细胞活化的信号传递区域，形成所谓的嵌合人造受体。这个受体表达的T细胞就能攻击和消灭所有表达CD19的细胞。现在这个技术方兴未艾，在白血病治疗中有显著疗效，并正在尝试用于实体瘤。多个CAR-T的生物技术公司都大热。
既然很多肿瘤中，尤其是黑色素瘤，都有肿瘤特异性T细胞，这说明免疫系统是可以识别肿瘤并且试图控制的，但为什么它们不能消灭肿瘤？我们还有办法促进这些T细胞的功能吗？
T细胞对于病毒感染的细胞有很强的杀伤力，但是我们机体有多种办法使CD8 T细胞不会误判而攻击自己正常的组织细胞。这就涉及到免疫学里的共刺激因子学说。美国国立卫生研究院（NIH）的科学家Ronald Schwartz等发现了T细胞活化，不仅需要T细胞受体的第一信号，而且需要第二信号，主要来自于CD28受体。ICOS（可诱导共刺激分子）是另一个共刺激受体，笔者的实验室在本世纪初做过很多工作，最近，清华大学免疫学研究所祁海老师有新的突破。只有两个信号都有，T细胞增殖和功能才会最强。CD28受体在T细胞表达，而它的配体CD80和CD86来自抗原递呈细胞。在正常情况下，或者有肿瘤时，CD80/CD86表达是比较低的。所以，机体不会发生自身免疫疾病，对肿瘤的免疫力也不强。但是根据前耶鲁大学Charles Janeway教授的理论，在感染时，天然免疫系统的活化会导致CD80/CD86的高度表达，T细胞功能就非常强了。鉴于这种考虑，不少学者也在思考如何对肿瘤特异性T细胞增强第二信号，比如通过肿瘤坏死因子TNF受体家族的OX40和4-1BB。CAR-T的嵌合受体就综合了第一和第二信号。
现任职于MD Anderson免疫系的James Allison博士（笔者过去的系主任）则采取了另一种策略。CD80/CD86除了CD28，还有另一个受体——CTLA4， 在T细胞活化以后表达。华裔学者Tak W. Mak（麦德华）以及哈佛大学的Arlene Sharpe 教授通过CTLA4基因敲除小鼠的研究，发现这些小鼠出生不久就死于自身免疫疾病。因此，CTLA4是免疫系统中一个至关重要的“刹车”。Allison博士就想到通过抗体阻断CTLA4功能，以增强CD8 T细胞对肿瘤的杀伤力。他的课题组通过对小鼠肿瘤模型的研究，证明了这个办法是可行的。后来被施贵宝收购的Mederax生物技术公司，根据这些结果制造了人源化CTLA4抗体，并对黑色素瘤治疗进行了临床试验。大约有20%～30%的晚期病人有治疗反应，但最鼓舞人心的是，两年存活率相当好。FDA很顺利地批准了这个药。
关于CTLA4抗体的作用机理，Allison博士最近有研究发现，它的作用可能不是或者不仅仅是阻断CTLA4和CD80/CD86的结合，而是去除了一类被称为是调节性T细胞的CD4 T细胞。这类T细胞被日本著名学者Shimon Sakaguchi教授在1995年发现。越来越多的证据表明，调节性T细胞对于保持机体的免疫耐受起着不可或缺的作用，它们在肿瘤中也大量存在，并高度表达CTLA4。 所以，CTLA4抗体可能通过去除调节性T细胞而增强肿瘤免疫。这也解释了为什么接受CTLA4抗体的病人，常常会有自身免疫疾病出现。
PD-1分子是日本著名免疫学家本庶佑（Tasuku Honjo）教授在1992年发现的。1998～1999年，他的课题组报道，PD-1在B和T淋巴细胞都表达，而且起到类似于CTLA4的负调节作用。
他们发现PD-1基因缺失小鼠会得自身免疫疾病，但比CTLA4缺失小鼠要慢很多、轻很多。PD-1有两个配体，都和CD80/CD86分子有氨基酸序列相似性。第一个配体PDL1，首先由华裔免疫学家陈列平在1999年发现，并由本庶佑的实验室在2000年证明是PD-1的配体。另一个配体PDL2，被美国哈佛大学医学院教授Arlene Sharpe实验室等在2001年报道。
PDL1/L2在抗原递呈细胞都表达，PDL1在多种组织也有表达。陈列平实验室首先发现PDL1在肿瘤组织高度表达，而且调节肿瘤里的CD8 T细胞。2006年，美国埃默里大学（Emory University）的Rafi Ahmed教授研究慢性感染病毒时发现PD-1控制CD8 T的“衰竭”，这样T细胞不能很好地发挥抗病毒功能。
由于CTLA4抗体的成功，多家公司也制造了PD-1抗体。本庶佑教授合作的日本公司Uno和施贵宝一起制造了PD-1抗体，除此，默沙东、罗氏、阿斯利康等也都有PD-1或PDL1的抗体。施贵宝和默沙东在PD-1抗体对黑色素瘤的临床试验中首先获得突破，有比CTLA4抗体更好的治疗反应，副作用也更低，已于2014年在日本和美国获得药监部门正式批准，对肺癌、淋巴癌、肾癌等多种肿瘤治疗都有不错的效果。另外，CTLA4和PD-1抗体联用，在黑色素瘤治疗反应和多年存活率方面，均远远好于单一抗体。
除了CTLA4和PD-1以外，还有其他的负调节共刺激因子，比如陈列平、我们实验室和Tak W. Mak都研究过的B7-H3，以及陈列平、James Allison 和我们实验室同时发现的B7-H4/B7S1/B7x 等等。这些分子对肿瘤免疫发挥的功能还不清楚。在黑色素瘤治疗方面，也许针对这些分子的药物和PD-1联用，会比CTLA4抗体毒性更小，或者在对其它肿瘤的治疗中比现有药物效果更好。我觉得这一领域将会再度成为免疫学的大热门。
针对肿瘤疾病，我们已进入一个免疫治疗的新时代。免疫治疗是通过调节免疫系统，尤其是CD8 T细胞功能来实现的，跟以前的针对肿瘤的手术、放疗和化疗有明显不同。
免疫治疗的突破，是和免疫耐受的基础研究密不可分的。克服机体免疫耐受机制，将是今后免疫治疗的主要目标。新的办法和组合将会不断涌现。
这一领域的最大功臣，一般被认为应该是James Allison。过去十多年，他致力于把基础研究成果转化到临床治疗上，是肿瘤免疫领域的旗手。其他有可能一起获诺贝尔奖的是本庶佑博士， 还有免疫学家常提到的Shimon Sakaguchi博士，但Shimon Sakaguchi也有可能和其他学者因发现调节性T细胞而另外获奖。
肿瘤的免疫治疗，对人类健康和生物产业而言是一场“革命”。中国有那么多的肿瘤病人，我们应该做什么？
笔者觉得这方面还有很多的机会，各种肿瘤的最佳治疗方案还有待最后建立，我们还可以迎头赶上。但是，我们必须大力发展基础研究。中国只有发展一批世界级的肿瘤免疫实验室（我现在觉得没有一个），我们才可能有原创的药物不断出现，才能像日本一样有机会在10年后问鼎诺贝尔奖。否则，我们的肿瘤病人就只能依靠外国的制药公司进行治疗。
（作者注：感谢王晓东和刘勇军博士阅读本文并提供宝贵意见。作者参与了多家生物技术制药公司，观点可能有偏颇，特请读者注意。）
（以上内容转自科学桥 公众号）