肿瘤新抗原-揭开“精准”免疫治疗的新篇章
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撰文｜摩西
编辑｜南风
原题｜《癌症小成靠传统治疗，大成靠肿瘤抗原？》
声明｜本文仅为公益科普，谢绝商业用途转载，亦不作为任何医学建议。
图片来源：华西医院生物治疗中心-靶向肿瘤新抗原DC疫苗技术临床研究受试者招募手册
前言 /
肿瘤的免疫治疗一直是医学关注的重点，随着个性化肿瘤治疗的呼声越来越高，更具个体针对性的靶向肿瘤新抗原的疫苗，以及靶向肿瘤新抗原的细胞ACT疗法，已被证实能在多种实体肿瘤中介导持久的抗肿瘤效应。
上个月小编受好友的邀请，参观了成都市的一家以靶向肿瘤新抗原DC疫苗为方案，开发肿瘤个性化免疫疗法的生物公司。通过创始人的详细介绍，再结合小编近期恶补的知识，本文尝试带读者们一同了解肿瘤抗原在癌症治疗中的价值。
细胞王国·作者/ 摩西
细胞生物技术公益科普者
推广生命科学的通识认知
全文看点：
1. 肿瘤抗原分类
2. 肿瘤抗原指导的免疫治疗策略
抗原，是适应性免疫能够识别病变，并且开展有效攻击的重要依据。在任何一本免疫书中，抗原的章节都是洋洋洒洒的好几十页。而对于讨论肿瘤免疫来说，抗原更是“兵家必争之地”，本文我将解读肿瘤抗原的特征，以及如何利用肿瘤抗原指导肿瘤的免疫治疗。
正常组织通过自发或环境诱导，产生基因、表观遗传畸变并且逐步积累。这一过程将产生与正常细胞在数量或质量上不同的蛋白质，并可以引发机体对癌细胞的免疫攻击，这些蛋白质就被归类为肿瘤抗原。虽然这种抗原诱发的免疫攻击通常无法有效控制肿瘤，但肿瘤抗原的分子特性可以用于提高癌症免疫治疗的有效性。
肿瘤免疫应答以细胞免疫应答为主，T细胞介导的免疫应答在对抗原性较强的肿瘤细胞所产生的免疫应答中起重要的作用。T细胞亚群可从不同角度分成许多类型，但参与抗肿瘤免疫的T细胞亚群主要以CD8+T(毒性)细胞和CD4+T（辅助）细胞为主。
体液免疫应答的抗肿瘤作用有限（可以躺平，也可以逆袭——肿瘤浸润B细胞），并且有下调肿瘤免疫应答的可能。体液免疫在肿瘤免疫中是双刃剑，但针对肿瘤细胞表面抗原所制备的特异性单克隆抗体，可用于肿瘤的导向治疗。
（图片来源：Leko, V. & Rosenberg, S. A., Identifying and Targeting Human Tumor Antigens for T Cell-Based Immunotherapy of Solid Tumors. CANCER CELL 38 454 (2020).）
肿瘤抗原有多种的分类方法，其中被普遍接受的根据抗原特异性分类的有两类方法：
肿瘤特异性抗原(tumor specific antigen，TSA)指仅表达于某种肿瘤细胞表面而不存在于正常细胞上的新抗原。此类抗原可存在于不同个体同一组织类型的肿瘤中，如人恶性黑色素瘤基因编码的黑色素瘤特异性抗原可存在于不同个体的黑色素瘤细胞，但正常黑色素细胞不表达。TSA也可为不同组织学类型的肿瘤所共有，如突变的ras癌基因产物可见于消化道癌、肺癌等。
肿瘤相关抗原(tumor associated antigen，TAA)指既存在于肿瘤组织或细胞，也存在于正常组织或细胞的抗原物质，只是其在肿瘤细胞的表达量远超过正常细胞，但仅表现为量的变化，而无严格的肿瘤特异性。由于TAA多为正常细胞的一部分，而且其抗原性较弱故难以刺激机体产生抗肿瘤性免疫应答。目前在肿瘤研究中的抗原多为TAA胚胎性抗原。TAA在肿瘤的临床实践中有很重要的作用，可用于肿瘤早期诊断的辅助指标，及导向治疗的靶点，而且对疗效的评估、复发转移及预后的判断都有一定的指导意义。
非传统的肿瘤抗原(unconventional antigens, UCAs) 前两种抗原为常规肿瘤抗原，是通过正常转录、翻译和蛋白酶体消化从基因组的编码区产生的。相比之下，非常规抗原是指通过异常转录、翻译或翻译后修饰，从基因组的非编码区或编码区(正常或突变)中产生的抗原。然而，其中一些过程可能并不完全针对肿瘤，也可能发生在正常组织中。因此，一些非常规抗原可能具有TAAs的特性，而另一些可能具有TSA的特性。
表格：肿瘤抗原分类
备注：
肿瘤胚系抗原：Cancer germline antigens，CGAs
人内源性反转录病毒：Human endogenous retroviruses，HERVs
组织分化抗原：Tissue differentiation antigens，TDAs
（表格来源：3. Leko, V. & Rosenberg, S. A., Identifying and Targeting Human Tumor Antigens for T Cell-Based Immunotherapy of Solid Tumors. CANCER CELL 38 454 (2020).）
了解肿瘤抗原后，就进入更加重要的议题，关于如何利用这些抗原进行肿瘤免疫治疗——靶向TSA的免疫治疗。
TSA也叫做肿瘤新生抗原（neoantigens），拥有的独特氨基酸序列，患者之间极少出现完全相同的TSA，通过二代测序或肽库筛选可以进行准确检测。正因为仅在肿瘤组织表达的特性，靶向TSA的免疫治疗在临床试验中对正常组织基本不会产生毒性。同时，对TSA具有高亲和力T细胞受体（T cell receptors，TCRs）的T细胞可能不受胸腺选择的影响，而更容易分离获得。
起源于单核苷酸错义突变的肿瘤新生抗原中，具有免疫原性的抗原只占一小部分，也只有这一小部分可以作为免疫治疗靶点。既往的文献中普遍认为，肿瘤突变负荷较高的肿瘤，更可能产生新生抗原，而新生抗原较多可能也更易被免疫检查点抑制剂激活的T细胞识别。
此外，在个体化肿瘤疫苗试验中，肿瘤组织经过高通量测序可以用于预测新生抗原，并根据预测结果体外制作具有治疗潜力的合成肽疫苗。单核苷酸错义突变同样也是细胞治疗所热衷的靶点。
2018年一位罹患晚期转移性乳腺癌的患者，肿瘤组织检测到的新生抗原后体外扩增抗原特异性T细胞并完成回输，截至观察结束，患者多个淋巴结、胸壁和肝转移完全消退（如图展示治疗前后影像学下肿瘤体积变化）。
（转移性乳腺癌患者接受针对四种不同肿瘤突变的TILs后，胸壁肿块和多个肝脏肿瘤完全消退。
图片来源：Zacharakis, N. et al., Immune recognition of somatic mutations leading to complete durable regression in metastatic breast cancer. NAT MED 24 724 (2018).）
融合基因产生的TSA可能对免疫检查点抑制剂治疗反应不佳的患者有潜在研究价值。靶向致癌病毒蛋白在促进肿瘤消退的同时具有更高的安全性，并且既往文献证明，促瘤病毒相关蛋白在患者中均有不同程度表达，这对于设计治疗方案并且推广到更多患者群体是非常有益的。
病毒引起的相关肿瘤中，病毒会将其基因组整合在宿主DNA中，并随着宿主基因一起转录翻译，最终形成异常蛋白，其中为代表的有HPV相关乳头瘤、HBV相关肝细胞癌等。目前正在进行的以病毒抗原为靶点设计的高亲和力TCR-T的回输治疗中，尚未观察到对正常组织的毒性反应。靶向致癌病毒蛋白可以安全杀伤肿瘤，并且在相同病因肿瘤患者中抗原共享，使得病毒抗原越来越受到关注。
靶向TAA的免疫治疗
不同患者之间有相同的TAA，使得TAA成为最具有吸引力的肿瘤免疫靶点之一，但也因为在正常组织中同样表达的特性，为治疗和研发带来巨大的挑战。
细胞靶向TAA的治疗最棘手的问题之一就是“脱靶效应”，脱靶效应分为两种，其中on-target是指TAA高亲和力的治疗方式，不仅攻击了肿瘤细胞，也攻击了少量表达TAA的正常组织的；off-target是指靶TAA的治疗方式与表达结构相似的正常蛋白（或组织）意外发生交叉免疫反应。
无论是哪一种类型的脱靶反应，都可能带来致命的危险，因此TAA靶向治疗中的安全性一直是该研究方向中极为重要的议题。另外，免疫细胞发育过程中的胸腺选择作用，使得对细胞蛋白具有高亲和力的T细胞被淘汰，这从理论上限制了TAA特异性T细胞的肿瘤疫苗策略，也限制了用于ACR-T的高亲和力TCRs的分离。
TAA中的肿瘤胚系抗原（CGAs），来源于在胎儿发育过程中的基因的表达。因此，只有生殖细胞和胎盘滋养层细胞会表达，大多数正常成人组织中这些基因都是表观遗传沉默的。目前较多研究是靶向NYC-ESO-1或MAGE-A3的疫苗策略和细胞治疗策略，其在实体肿瘤患者中效果仍有待更多数据支持。
人类内源性逆转录病毒（HERVs）这类源自古老的逆转录病毒，在人类基因组的整合事件中，这些基因片段占人类基因组DNA的8.5%左右，正常组织中这些基因通过DNA甲基化表观遗传沉默，仅仅一小部分可以成功翻译。尽管几乎所有癌症都可能表达HERVs，但是相对于其他肿瘤抗原，现有的研究较少。
组织分化抗原（TDAs）被许多临床研究用于设计肿瘤疫苗，但在绝大多数病例中未能提供有意义的临床获益。其中的代表性产品是前列腺癌疫苗Sipuleucel-T，这是首个被FDA批准的治疗性癌症疫苗，也是目前仅有的FDA批准的治疗性癌症疫苗，该疫苗使无症状或最低症状转移性前列腺癌患者的总生存率有一定的延长。然而，由于没有客观的肿瘤消退，甚至特异性肿瘤标志物也没有明显下降，因此该疗法的应用还没有得到广泛推广。
（图片来源：https://www.dendreon.com/Our-Science）
UCA的免疫治疗
UCA可能来自mRNA的异常的剪接、异常翻译或者翻译后的异常修饰。与单核苷酸错义突变不同，患者肿瘤组织内mRNA的异常剪接数量与免疫检查点抑制剂治疗应答未发现相关性，但是产生的蛋白有可能成为T细胞治疗的抗原表位，此外由于缺乏相关的临床研究，异常RNA剪接为靶点的治疗的安全性也仅仅是理论推测。
肿瘤抗原靶向治疗的机遇与挑战在于安全性、有效性和实用性。从肿瘤抗原的梳理不难看出，大规模测序技术的发展为肿瘤抗原靶向治疗提供了更多的可能性。而面对如此丰富的肿瘤抗原，选择其中更适宜的作为治疗靶点，就显得格外重要。
目前的研究证明，靶向肿瘤抗原的免疫疗法虽然可以治愈特定癌症病例，但仍不能使得大多数患者受益，需要进一步克服高昂的成本及繁琐的流程。同时，癌症疫苗和免疫细胞治疗主要集中在单核苷酸错义突变产生的新抗原，忽视了其他肿瘤抗原的潜在价值。
能够适用更多患者、能发掘更多有价值的抗原，都需要投入更多人力物力，此外也急需建立更为完善便捷的肿瘤抗原验证体系，才能使有潜力的肿瘤抗原迅速走向实验室和临床。
人类与肿瘤的战斗还在继续，靶向肿瘤抗原的治疗策略势必会成为有力的武器，为患者的治疗带来新的曙光，愿天下无癌。
参考文献
1. Jhunjhunwala, S., Hammer, C. & Delamarre, L., Antigen presentation in cancer: insights into tumour immunogenicity and immune evasion. Nature reviews. Cancer 21 298 (2021).
2. Schumacher, T. N., Scheper, W. & Kvistborg, P., Cancer Neoantigens. ANNU REV IMMUNOL 37 173 (2019).
3. Leko, V. & Rosenberg, S. A., Identifying and Targeting Human Tumor Antigens for T Cell-Based Immunotherapy of Solid Tumors. CANCER CELL 38 454 (2020).
4. Tan, A. T. et al., Use of Expression Profiles of HBV-DNA Integrated Into Genomes of Hepatocellular Carcinoma Cells to Select T Cells for Immunotherapy. Gastroenterology (New York, N.Y. 1943) 156 1862 (2019).
5. Zacharakis, N. et al., Immune recognition of somatic mutations leading to complete durable regression in metastatic breast cancer. NAT MED 24 724 (2018).
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