癌症这个“大魔头”似乎知道，James Allison是它的克星。
它先是在Allison十一岁的时候，派淋巴瘤夺走了Allison的母亲[1]。随后，Allison的一位兄弟和两位叔叔也因癌症死亡[2]。亲人的离去，没有击垮Allison，反而促使他开始思考一个困扰了科学家很久的问题：免疫系统究竟为什么不能像消灭感冒那样消灭癌症？
历经30余年的探索，他带领团队破解了T细胞识别并杀死癌细胞的秘密，最终促成癌症免疫治疗的诞生。就在此时，癌症对Allison起了杀心，在短短12年内，先后派出前列腺癌、黑色素瘤和膀胱癌暗杀Allison[3]，结果却惨遭反杀。
2018年，Allison和Tasuku Honjo因开创癌症免疫治疗获得诺奖，是免疫学混沌100年的终结，也是免疫治疗攻克癌症时代的开始。
百年谜题终获破解，免疫治疗时代来临
在免疫治疗诞生之前，手术的使用已经有3000年的历史，放疗有120余年的历史，化疗也有70余年的历史。
这三种传统治疗方法被誉为癌症治疗的“三驾马车”。但是这三种方法仅对不到一半的癌症患者有效，还有另一大半患者不能上车。
逐渐地，科学家们认识到，散布于人体各处的、数以亿计的免疫细胞，形成了一个高效的防御系统。它们搜寻并消灭侵入人体的病原体，以及人体内衰老或其他异常的有害细胞。
直到1973年，也就是Allison博士毕业的那一年，科学家才终于认全了巨噬细胞、B细胞、T细胞、自然杀伤细胞和树突状细胞。现代免疫学的新纪元自此拉开帷幕。今年9月10日，美国科学家Max Cooper和澳大利亚科学家Jacques Miller，也因为发现B淋巴细胞和T淋巴细胞，获得有诺贝尔奖“风向标”之称的拉斯克奖。
不过，在当时科学家们仍然不知道免疫细胞是如何识别并杀死癌细胞的，更不知道为什么免疫细胞会对癌细胞视而不见。
后来，科学家在T细胞表面发现了T细胞独有的抗原识别受体（TCR）[4-7]。T细胞识别癌细胞的的方式总算被找到了，但是决定T细胞是否杀死癌细胞的那个关键分子还没找到。虽然后来发现了CD28分子[8]，但是Allison等科学家发现，CD28分子应该也不是起关键作用的那个分子。
Allison的博士后Matthew Krummel很快就找到了头绪。决定T细胞是否抗癌的关键分子可能是法国科学家团队于1987年克隆的CTLA-4[9]。1991年，百时美施贵宝的Peter Linsley证实了这一发现[10]。而且，一年之后Linsley率先发表了抗CTLA-4抗体的研究成果，他认为CD28和CTLA-4协同作用，促进T细胞的增殖[11]。
尽管如此，Allison并不相信Linsley完全解决了T细胞的活化问题。在Allison看来，要想让车跑起来，有两种方法，一种是踩油门，一种是松刹车。大家都把CTLA-4当油门研究，它有没有可能是个刹车呢？
还真是。
经过两三年的苦战，到1995年Krummel终于证实了Allison的猜想：CTLA-4的作用与T细胞受体完全相反，它其实是个T细胞活性的抑制分子，也就是说CTLA-4是个“刹车”分子[12]。芝加哥大学的Jeffrey Bluestone团队也发现了这一点[13，14]。
▲ 抗CTLA-4抗体松手刹（诺贝尔奖官网）
这个发现让科学家感到意外，毕竟之前几乎没人想过T细胞上还会有刹车分子。决定命运的关键时刻又到了：这个CTLA-4分子究竟能为人类的健康做点儿什么呢？
Allison把这个新研究课题交给了研究过肿瘤的博士后Dana Leach。
Leach按照Allison的试验设计，把一批携带肿瘤的小鼠分成两组，一组注射抗CTLA-4抗体，另一组作为对照。最终的结果让Allison有点儿不敢相信：用了抗CTLA-4抗体的小鼠都活着，而且肿瘤都消失；而对照组小鼠，肿瘤一直疯长，最终所有的小鼠都死亡。
为了保险起见，他们又重新做了一遍实验。而且，这一次是Allison亲自动手。由于知道这个研究的价值和意义，Allison每天都会去看看鼠笼里的小鼠，并认真记录小鼠肿瘤的大小。
让Allison感到失望的是，在接连好多天的时间里，所有小鼠的肿瘤都在疯长，根本没有被抑制的迹象。几天之后，就在Allison打算放弃的时候，奇迹出现了：有两笼小鼠的肿瘤体积在缩小，另外两笼仍在长大。
原来阻断CTLA-4可以抗癌。
1996年，Leach和Allison的这项重要研究成果被顶级期刊《科学》刊登[15]。
▲ 1996年的论文
有了这项研究成果，Allison结合其他研究团队的发现，对CTLA-4的作用机制做了个复盘。
Allison推测，CTLA-4作为一个免疫抑制因子，它可以阻止免疫系统攻击正常的组织[16-18]；而癌细胞恰恰利用了内置于T细胞之中的这种免疫抑制机制，抑制了T细胞的活性，为自己的生存和发展壮大提供了机会。
这时Allison有了个大胆的猜想，既然抗CTLA-4抗体可以治愈小鼠的癌症，或许在人身上也可以。
2000年，抗CTLA-4抗体终于在晚期黑色素瘤患者身上，向世人展示了免疫治疗的抗癌实力。2004年，第一个抗CTLA-4抗体的安慰剂控制，随机III期临床研究拉开帷幕，证实了抗CTLA-4抗体的强大治疗效果[19]。2011年，抗CTLA-4抗体成为全球第一个获批上市的免疫检查点抑制剂，标志着癌症的治疗进入了崭新的免疫治疗时代。
抗CTLA-4抗体的成功，让科研人员意识到，与CTLA-4类似的靶点肯定也有强大的抗癌潜力。
很快，日本京都大学Tasuku Honjo团队在1992年克隆到的PD-1分子吸引无数科学家的目光[20]。华人免疫学家陈列平和Tasuku Honjo的研究都表明，这个PD-1分子一旦与肿瘤细胞上的PD-L1结合，T细胞的抗肿瘤活性就没了[21-23]。这就意味着，PD-1和CTLA-4类似，也是T细胞的一种负调节因子。
2014年，两款抗PD-1抗体先后获得FDA的批准上市，癌症免疫治疗的时代全面到来。
独立通路强强联合，免疫治疗再攀高峰
在这个崭新而充满希望的时代，我们一次次被免疫治疗的神奇效果折服。
我们已经看到，22%的晚期黑色素瘤患者，在接受抗CTLA-4抗体治疗之后，存活时间超过10年[19，24]。靶向PD-1/PD-L1通路的抗体也取得了良好的治疗效果[25-27]。尤其是在非小细胞肺癌中，在今年的世界肺癌大会上，CheckMate 017/057的5年随访数据发布，接受抗PD-1抗体治疗的晚期非小细胞肺癌患者的5年生存率，是接受化疗患者的5倍以上。
▲ CheckMate 017/057的5年随访数据
在兴奋之余，科学家和医生们都注意到，免疫治疗的神奇效果，也只能拯救30%左右的晚期癌症患者，仍有很大一部分患者不能从免疫治疗中获益。
有些科学家开始思考，如果把抗CTLA-4抗体和抗PD-1抗体联合使用，会不会解决一部分问题呢？
要解决这个问题，首先需要弄清楚的是抗CTLA-4抗体和抗PD-1抗体的作用部位和机制。
我们先来看看CTLA-4。通过前面的介绍，我们已经知道CTLA-4它是个“刹车”分子。它发挥“刹车”作用的过程也并不复杂。
我们身体在遭遇病原物或者异常细胞侵袭时，抗原呈递细胞会拿着它们的分子特征，进入淋巴结，激活初始T细胞，让T细胞开始扩充军队，抵抗外敌；在活化到一定程度之后，为了避免活化T细胞过多，而伤及健康的组织和细胞，初始T细胞就开始表达低水平的CTLA-4，刹车机制开始启动，“扩军”停止[31]。
此外，除了被激活的T细胞之外，有免疫抑制功能的调节T细胞也一直在大量表达CTLA-4。
▲ 抗PD-1抗体和抗CTLA-4抗体的作用机制并不相同[28]
再来看看PD-1。作为另一个“刹车”，PD-1与CTLA-4非常不同。首先，淋巴结里面的初始T细胞是不表达PD-1的，但是活化后的、杀伤力比较大的T细胞PD-1表达水平非常高。为了避免被这种T细胞误伤，人体大多数健康组织细胞都表达PD-1的配体PD-L1，只要PD-1见到PD-L1就认作朋友。
另外，有很多免疫细胞也表达PD-1，例如有免疫抑制功能的调节T细胞。
总结一下就是，抗CTLA-4抗体起作用的部位主要是淋巴结，它能解除CTLA-4对T细胞活化的抑制，增加外周血中活化T细胞的水平[29]；它还能结合到调节T细胞表面。而抗PD-1抗体主要作用于外周血或者肿瘤中的被活化的T细胞，阻断这些T细胞的PD-1与免疫细胞的PD-L1结合，解除癌细胞对T细胞抗癌活性的抑制；它也能活化调节性T细胞。
那么抗CTLA-4抗体和抗PD-1抗体的不同作用机制，如何相互配合，提高抗癌效果的呢？这个咱们从近两年的研究成果说起。
大约在一年前，来自新加坡SIgN的研究团队发现了一个让人无奈的现实：肿瘤组织里面不仅有杀灭癌细胞杀伤性T细胞；还有大量与癌症无关的、原本应该是识别病毒的“旁观者”杀伤性T细胞，而这些T细胞根本就“不认识”癌细胞[30]。荷兰癌症研究所的科学家证实了SIgN的发现，而且进一步确认，肿瘤中具有识别癌细胞能力的杀伤性T细胞不足10%[31]。
更糟糕的是，即使是这10%的杀伤性T细胞，也不是抗PD-1抗体治疗之后的抗癌主力。就在两个月前，斯坦福大学医学院的科学家发现，那些在抗PD-1抗体治疗之前进入肿瘤，而且已经处于耗竭状态的肿瘤浸润T细胞，抗PD-1抗体拯救不了；而真正响应抗PD-1抗体治疗，最终起到抗癌作用的可能是治疗后从外周血进入肿瘤的T细胞[32]。
如果事实确实如此的话，那么抗CTLA-4抗体治疗提升外周血活化T细胞水平和记忆T细胞的能力，对抗PD-1抗体而言，是个非常大的助力。
二者联合使用的优势互补作用远不止这些。
疾病超进展也是影响抗PD-1抗体治疗效果的重要原因之一。前不久，韩国科学家发现，在接受抗PD-1抗体治疗的晚期非小细胞肺癌患者中，出现疾病超进展的患者占到18.9%[33]；早在2017年的一项多癌种研究发现，甚至有9%的患者在接受抗PD-1抗体治疗之后，因疾病超进展死亡[34]。
今年4月份，来自日本国立癌症中心的科学家揭示了超进展背后的部分机制。他们发现，抗PD-1抗体影响的不只是杀敌的细胞毒性T细胞，也有抑制免疫的调节T细胞[35]。抗PD-1抗体能提升调节T细胞的增殖能力和免疫抑制能力，进而抑制了杀伤性T细胞的抗肿瘤活性，最终导致了肿瘤超进展。
前面我们已经介绍过，这个调节细胞非常特殊，它不仅能表达PD-1，还能表达CTLA-4。既然抗PD-1抗体激活了它，那抗CTLA-4抗体能不能消灭调节T细胞，抵消抗PD-1抗体对调节T细胞的激活作用呢？
还真可以，至少抗CTLA-4抗体Ipilimumab可以。这主要是因为Ipilimumab的设计非常特殊，它是IgG1型抗体，具有很强的抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用（ADCC）作用[36]。这就意味着，这个抗CTLA-4抗体是可以杀死与它结合的调节T细胞的；由于初始T细胞的CTLA-4表达水平远远低于调节T细胞，所以能免遭杀身之祸[37，38]。也就是说，抗CTLA-4抗体有望降低抗PD-1抗体的负面作用。
▲ 免疫细胞（该图片由David Mark在Pixabay上发布）
实际上来，从临床数据来看，抗PD-1抗体联合有ADCC功能的抗CTLA-4抗体，确实能降低肿瘤超进展患者的比例[39]。
而且，有ADCC功能的抗CTLA-4抗体联合抗PD-1抗体，已经在黑色素瘤[40]、肾细胞癌[41]和非小细胞肺癌[42]中获得成功。
总的来说，以上这些出自顶级研究机构的研究都表明，抗CTLA-4抗体可以诱导新生抗肿瘤T细胞反应，抗PD-1抗体主要是恢复T细胞的抗肿瘤作用，这是这两种抗体作用机制之间的不同。
不过，二者的这种不同之中还有协同。具体来说，抗CTLA-4抗体可以让外周血中有更多的活化T细胞和记忆T细胞，抗PD-1抗体则可以解除肿瘤对这些T细胞抗癌活性的抑制；抗PD-1抗体有可能会激活调节性T细胞，而具有ADCC活性的抗CTLA-4抗体可以清除调节性T细胞；抗CTLA-4抗体还能导致肿瘤PD-L1代偿性过表达，抗PD-1抗体则能阻断PD-L1与PD-1的结合。正是这种协同作用，增强了免疫系统的抗癌效果。
最后，还有个不得不提的好消息是，就在今天，抗CTLA-4抗体联合抗PD-1抗体的CheckMate 227数据发表在《新英格兰医学期刊》上，再次证实两个单抗一线联合治疗非小细胞肺癌，可以让患者获得更长的总生存时间，而且这种获益与PD-L1表达水平无关[43]。
目前还有很多抗CTLA-4抗体联合抗PD-1抗体的临床研究正在进行之中。有了上述基础研究的支撑，以及已获成功的临床研究的证实。抗CTLA-4抗体联合抗PD-1抗体有望将免疫治疗推上另一个高峰。
