温暖的橘红色灯光、醇厚的原麦啤酒香，无不透漏着乡村布鲁斯恰到好处的慵懒。在美国德克萨斯州的一家乡村音乐俱乐部里，James·P·Allison教授正在陶醉地吹奏着手中的布鲁斯口琴，和他同台的是蓝调口琴大师Mickey Raphael，以及乡村音乐传奇人物Willie Nelson。 这一天时值2016年。口琴大师Allison教授的另一重身份是肿瘤免疫疗法的全球先驱之一。在他的研究带领下，全球第一款免疫检查点抑制剂——CTLA-4抑制剂Ipilimumab（伊匹木单抗）已于2011年在美国上市[1]。2015年，他因此斩获了闻名世界的美国拉斯科医学奖。拿奖拿到手软的Allison教授此刻只差一个诺贝尔奖。 然后，三年后的一个清晨，Allison教授的儿子告诉他：Hi老爸，你得了诺奖！ 大学本科时代的一次试验，让Allison彻底迷上了免疫学。在那次试验中他发现，患有白血病的小鼠在被天冬酰胺酶治愈后，再次注射癌细胞时，小鼠会对癌细胞产生抵抗力[2]。 到20世纪70年代的时候，Allison几乎把全部的时间和经费都押在了对T细胞的研究上。 1982年，Allison的团队通过制备能够被T细胞受体识别的单克隆抗体，对T细胞表面受体(TCR)结构的鉴定做出了重要贡献[3]。接着，在1992年，他和同事又阐明了T细胞激活除了需要TCR识别抗原之外，还需要另外一对共刺激因子CD28和抗原提呈细胞上的B7结合才能被完全激活[3]。 APC与T细胞的两对关键蛋白结合，激活T细胞 至此，人们终于窥见了免疫战士T细胞的部分真容。就在这个时候，另一种在T细胞表面表达的神秘蛋白受体CTLA-4也受到科学家的广泛关注。 CTLA-4受体属于免疫球蛋白家族，并且，它的配体也是B7。更令人惊讶的是，CTLA-4和B7结合的能力要远远高于T细胞激活的共刺激因子CD28！ 那么CTLA-4究竟在T细胞的免疫活动中发挥什么作用，难道它也是T细胞激活的共刺激因子？Allison和众多科学家陷入了沉思。 1994年，Jeffrey Bluestone团队率先掀开了谜团，他们用抗体阻断了CTLA-4和B7的结合。结果发现，T细胞的增殖竟然增强了！免疫反应也显著增强。也就是说，CTLA-4通路的作用竟然是抑制免疫反应[4]！这个结果在1995年再次得到了验证，科学家发现：敲除了CTLA-4基因的小鼠会出现严重的自身免疫反应[5,6]。 原来，CTLA-4通路相当于一个刹车系统，它可以在激活的常规T细胞表面表达，也可以在调节性T细胞上表达。因为CTLA-4和B7的结合能力远高于CD28，所以CTLA-4的出现会严重抑制T细胞的激活[7]。 CTLA-4介导的T细胞抑制。 在弱TCR刺激的情况下，CTLA-4在细胞内储存，CD28与B7的结合占优势，成功激活T细胞，白细胞介素-2产生，T细胞增殖和存活率增加（如图中上半部分所示）。 在强TCR刺激的情况下，CTLA-4从细胞内向细胞表面转运，CTLA-4水平增加，与CD28竞争，代替CD28与B7结合，减少白细胞介素-2的产生和T细胞增殖活化（如图中下半部分所示）。 CTLA-4免疫通路的免疫抑制功能显然是把“双刃剑”， CTLA-4通路抑制T细胞激活的后果是一方面能够调节T细胞激活的程度，避免自身免疫疾病的发生，另一方面又会让病原体或是癌细胞这些坏家伙有可乘之机。事实上，肿瘤的发生发展的确与T细胞激活不足有关系。那么，如果CTLA-4这个刹车系统被抑制，T细胞能否重新振作去猎杀癌细胞呢？ 痴迷于T细胞研究的Allison教授当然不会错过这个灵感。1994年12月，Allison就和他实验室的博士后开始了小鼠实验，注射癌细胞形成肿瘤后，一组小鼠用CTLA-4单克隆抗体进行治疗，一组用安慰剂。Allison预想CTLA-4单抗应该能让肿瘤的生长稍微减慢一些，但结果肿瘤居然消失了！而且，接受过治疗的小鼠似乎对癌细胞产生了“抗性”，这表明阻断CTLA-4的疗法具有长效作用。 1996年，他的团队在《科学》上发表论文，率先在小鼠中证明，使用CTLA-4抑制剂可以增强小鼠免疫反应，抑制肿瘤的发生发展。这个开天辟地的论文立刻在学术界引起了轰动[8]！ 免疫治疗的大幕缓缓开启，一道未来之光照进了焦灼的肿瘤治疗领域。 对Allison来说，1996年充满着反转。他的实验成果虽然在学术界获得巨大的关注，但他想进一步开发CTLA-4药物的时候，却遭遇了制药界泼来的一盆盆冷水。 这当然事出有因。自从20世纪70年代开始，就有科学家希望利用免疫系统去攻击癌症，但是经过二十多年的等待与蹉跎，制药界的热情早已慢慢被冷却。 对Allison教授来说，退却是一种更大的恐惧。 Allison的整个青少年时代，都被癌症的阴影笼罩。在他11岁的时候，母亲因为淋巴瘤病逝。紧接着，15岁的时候，Allison的叔叔死于肺癌。许多年之后，他的大哥死于前列腺癌。在哥哥的葬礼结束一周之后，Allison发现自己也得了前列腺癌，十年后，他又被诊断为黑色素瘤。但万幸的是，Allison所患的两种癌症在很早期就被诊断出来，从而得以根治[2]。 从癌症的魔爪中死里逃生，谁会放弃这反戈一击的绝佳机会呢？ 转机出现在一次学术会议上。Allison遇到了一个小型制药公司NeXstar的免疫学家Korman。Korman对这项技术充满了热情，经过商谈，NeXstar在1998年的时候购买了CTLA-4抑制剂的专利。但是没过多久，NeXstar就被吉利德收购，Korman也随后加入了Medarex公司[2]。 但是Korman并没有放弃CTLA-4抑制剂。2002年，他说服Medarex公司接手了CTLA-4抑制剂的专利。由于Medarex公司掌握当时最先进的转基因小鼠技术，因此具备生产单抗的绝佳条件。 Medarex在2005年时与百时美施贵宝（BMS）开展全球合作，共同开发和商业化首个CTLA-4抑制剂——Ipilimumab，2009年时又被BMS收购。BMS也因此获得了ipilimumab的完全所有权[9]。 此后不久，首个CTLA-4抑制剂ipilimumab迎来了III期临床试验[10]。研究人员将676名无法手术的III期或IV期黑色素瘤患者分成3组，分别为：ipilimumab和GP100癌症疫苗单药组，以及ipilimumab-GP100癌症疫苗联合治疗组。（GP100癌症疫苗是一种合成的癌症肽疫苗，包含“糖蛋白100”黑色素瘤抗原的一段氨基酸，在早期试验中表现出了抗黑色素瘤的效果） 试验结果显示，联合治疗组与ipilimumab组的生存率始终高于GP100组，中位总生存期也均远超过GP100组[10]。基于这个振奋人心的结果，美国FDA于2011年批准了ipilimumab用于治疗无法手术切除的，或是转移性的黑色素瘤[1]，历史上首个癌症免疫检查点抑制剂由此诞生。 从未轻言放弃的Allison教授，改变了潮水的方向，癌症的免疫治疗至此迈入了新纪元。 对蓝调音乐的痴迷，或许显示了Allison教授性格的另一面，那个不同于充满独立、理性、冒险精神的科学家特质的多愁善感的一面。 Allison教授的妻子Padmanee 2016年在接受《纽约时报》采访时说，“Allison几乎每次见到患者，都会掉眼泪[11]。” 2004年，一个22岁的女孩Sharon被诊断为黑色素瘤四期，肺转移。化疗对她已经毫无作用，活下来的可能非常渺茫。抱着最后一丝希望，Sharon参加了Allison组织的ipilimumab的临床试验[11]。 被绝望笼罩的Sharon从没想过自己会亲历所谓的奇迹。在三个月内经过四次注射ipilimumab之后，她转移到左肺的肿瘤就奇迹般地缩小了60%！在接下来的几个月，肿瘤继续惊人地缩小。 直到最终，医生告诉她，“Sharon，你身上的癌细胞被全部消灭了，你已经痊愈了！” Allison在Sharon康复后迫不及待地与这个死里逃生的姑娘见面了。当时Sharon的父母和丈夫都在场，在场的每个人都只是不停抹泪。 Sharon紧紧地抱着Allison，她不知道如何用语言去表达被判死刑之后重获生命的感激。 Allison也紧紧地抱着Sharon，他也不知道如何去用语言表达拯救一个年轻生命的炙热的喜悦。 在他们见面之后的第二年，Allison收到了Sharon第一个孩子的照片，几年之后，他又收到了Sharon第二个孩子的照片。 当然，并不是所有使用ipilimumab的患者都能像Sharon一样幸运，最终能够康复。但是多项临床试验患者的长期随访结果显示，接受ipilimumab治疗的患者中，出现了一批生存期长达10年的“超级幸存者” [12]！ 在ipilimumab出现前，晚期黑色素瘤患者的历史中位总生存期大约为8-10个月，而5年生存率仅为10%[13]，而根据2013年欧洲癌症大会（ECC2013）上发布的针对患者总生存率的分析结果，ipilimumab以一己之力，大幅拉高了患者的生存率[12]。 除了黑色素瘤以外，ipilimumab也在其他癌症中进行了尝试，例如非小细胞肺癌、前列腺癌和尿路上皮癌等等，都取得了初步的成功。 2018年的诺贝尔生理学和医学奖花落免疫治疗，手捧奖杯的两位科学家Allison和本庶佑分别开启了CTLA-4和PD-1两大免疫检查点的先河。而这两条河流也已经出现了神之交汇。 CTLA-4和PD-1同为免疫检查点，但其实它们作用于T细胞出征的不同阶段，相比CTLA-4的早出手，PD-1更多则是在T细胞激活后迁移到肿瘤附近，准备击杀肿瘤的时候横插一脚，简直是虎口拔牙。 CTLA-4抗体和PD-1抗体在不同阶段发挥作用 除了作用阶段不同外，CTLA-4和PD-1的分布也不同，CTLA-4只存在于T细胞上，而PD-1在T细胞、B细胞和骨髓细胞上都有广泛的表达，在它们被抑制后，细胞因子水平的变化也不相同。 所以从理论上来说，同时抑制CTLA-4和PD-1通路能够从不同角度调节T细胞活性，可能带来更高的响应率和更强的抗肿瘤效果[7]。 在临床前研究中，这个想法得到了初步的验证，而临床试验的结果也没有让人失望。2015年，一项II期临床试验结果表明[14]，在BRAF V600野生型黑色素瘤患者中，与ipilimumab 单药治疗相比，ipilimumab + nivolumab联合治疗的响应率有了极大的提高，完全缓解的患者比例也具有绝对优势。 同年，FDA就批准了ipilimumab + nivolumab联合治疗用于治疗BRAF V600野生型黑色素瘤[15]。这还仅仅是一个开端。 截止2020年5月，ipilimumab + nivolumab联合治疗总共在FDA手中斩获了五个适应症，它们分别是：BRAF V600野生型和突变阳性的不可切除或转移性黑色素瘤[16]；中至低风险晚期肾细胞癌[17]；接受过化疗但肿瘤持续进展的MSI-H/dMMR转移性结直肠癌[18]；接受过索拉非尼治疗的肝细胞癌[19]；以及刚刚获批的转移性非小细胞肺癌[20] 就在这个月，ipilimumab + nivolumab联合治疗再次获批新适应症，用于一线治疗转移性非小细胞肺癌（图片来源：FDA官网） 能够在联合治疗中获益的患者还将增加，例如在去年美国癌症研究协会（AACR）年会上公布最新结果的神经内分泌瘤[21]。 “我认为做科学研究，最重要的是要去叩问那些最根本而又至关重要的问题。并且你需要时不时地，给自己倒上一杯酒，把脚放在桌子上，然后问：我们如何更好地利用这些知识和发现。” 这不仅是Allison教授给科学研究者的建议，更是他对几十年来卓越工作的精辟阐释。癌症免疫治疗的路还很长，Allison和他的朋友们仍旧在努力着。 PS：Allison教授的车牌号是CTLA-4。 参考资料： [1]https://www.drugs.com/newdrugs/fda-approves-Yervoy-late-stage-melanoma-2569.html [2]http://www.whatisbiotechnology.org/index.php/people/summary/Allison [3]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4607124/ [4] Walunas T L, Lenschow D J, Bakker C Y, et al. CTLA-4 can function as a negative regulator of T cell activation[J]. Immunity, 1994, 1(5): 405-413. [5] Waterhouse P, Penninger J M, Timms E, et al. Lymphoproliferative disorders with early lethality in mice deficient in Ctla-4[J]. Science, 1995, 270(5238): 985-988. [6] Tivol E A, BORRiello F, Schweitzer A N, et al. Loss of CTLA-4 leads to massive lymphoproliferation and fatal multiorgan tissue destruction, revealing a critical negative regulatory role of CTLA-4[J]. Immunity, 1995, 3(5): 541-547. [7]Buchbinder E I, Desai A. CTLA-4 and PD-1 pathways: similarities, differences, and implications of their inhibition[J]. American journal of clinical oncology, 2016, 39(1): 98. [8]Leach D R, Krummel M F, Allison J P. Enhancement of antitumor immunity by CTLA-4 blockade[J]. Science, 1996, 271(5256): 1734-1736. [9]Ipilimumab. Drugs R&D. 2012;10(2):97–110. [10]Hodi F S, O'Day S J, McDermott D F, et al. Improved survival with ipilimumab in patients with metastatic melanoma[J]. New England Journal of Medicine, 2010, 363(8): 711-723. [11]http://nautil.us/issue/65/in-plain-sight/the-rise-of-cancer-immunotherapy [12]https://www.ecco-org.eu/Amsterdam2013/Global/News/ECC-2013-Press-Releases-EN/2013/09/Longest-follow-up-of-largest-number-of-melanoma-patients [13] Garbe C, Eigentler T K, Keilholz U, et al. Systematic review of medical treatment in melanoma: current status and future prospects[J]. The oncologist, 2011, 16(1): 5-24. [14] Postow M A, Chesney J, Pavlick A C, et al. Nivolumab and ipilimumab versus ipilimumab in untreated melanoma[J]. New England Journal of Medicine, 2015, 372(21): 2006-2017. [15]https://www.drugs.com/newdrugs/bms-receives-fda-approval-opdivo-nivolumab-Yervoy-ipilimumab-regimen-braf-v600-wild-type-melanoma-4271.html [16]https://www.drugs.com/newdrugs/bristol-myers-squibb-s-opdivo-nivolumab-yervoy-ipilimumab-regimen-receives-expanded-fda-approval-4332.html [17]https://www.fda.gov/Drugs/InformationOnDrugs/ApprovedDrugs/ucm604685.htm [18]https://www.fda.gov/Drugs/InformationOnDrugs/ApprovedDrugs/ucm613227.htm [19]https://www.fda.gov/drugs/resources-information-approved-drugs/fda-grants-accelerated-approval-nivolumab-and-ipilimumab-combination-hepatocellular-carcinoma [20]https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/fda-approves-nivolumab-plus-ipilimumab-first-line-mnsclc-pd-l1-tumor-expression-1 [21]https://www.abstractsonline.com/pp8/#!/6812/presentation/9840“不速之客”——CTLA-4
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