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Science特刊:一文读懂癌症疫苗研发进展

生物技术 时间:2019-10-23 18:04:03 作者:莫敖坤
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癌症疫苗是近年来兴起的一种全新的免疫疗法。日前发表在《Science Translational Medicine》上的一项研究表明,个体化疫苗已让一名晚期卵巢癌5年无癌,也让我们看到了这类全新疗法的无限潜力。最近适逢《科学》杂志推出癌症免疫疗法特刊,以回顾不同领域所取得的成就。在今天的文章里,我们也将一道重温癌症疫苗这几年走过的道路。

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众所周知,癌症的一大特点,便是遗传变异的大量积累。随着突变一个接一个的出现,人体内会出现癌症特异性的新抗原表位,它们也是癌症疫苗的理想靶点。随着基因组学、数据科学、以及癌症免疫疗法的进步,现在我们已经能快速地在基因组里寻找到突变,并合理地选择出适用于疫苗开发的靶点,按需生产出针对特定患者的个体化疫苗。在人体中的临床试验也表明,此类癌症疫苗安全有效,能针对个体肿瘤突变产生免疫应答。

癌症疫苗的研发简史

早在100多年前,人们就意识到体细胞的突变可以带来新的免疫原性——基因突变会影响蛋白序列,蛋白序列的改变则会带来新的抗原表位。尽管出现在人体内部,免疫系统依旧会把这些新表位视为“异乡人”,对其发动攻击。这一理念简单易懂,但癌症疫苗一直没有得到有效的开发。背后的原因,则是因为我们不知道如何去靶向特定的癌症及其抗原

半个多世纪后,通过大量实验,我们从机理上对癌症疫苗的理解又有了加深。1950年代,人们发现小鼠对同一类型的癌症细胞会产生免疫力,适应性肿瘤免疫力的概念也随之提出;1970年代,人们发现肿瘤里获取的T细胞能有效地识别肿瘤细胞系;1980年代,分子克隆技术的引入让我们对肿瘤抗原的了解获得了进一步的提高。

虽然在过去的几十年里,关于癌症疫苗的科学有着飞速发展,但科研人员们却面临着一大瓶颈——许多突变往往具有“患者特异性”。也就是说,在一名患者身上出现的大量突变,可能压根不在另一名患者身上重现。为此,过去的癌症疫苗往往针对“共通”的突变进行研发,但效果不如人意。

临床前研究与临床转化

随着下一代测序(NGS)等技术的普及,了解患者的特异性突变已经不再是个难题。然而初步研究却发现,大约只有1%左右的突变会带来自发的免疫反应。如果这一比例具有代表性,那对于癌症疫苗的开发而言并不算什么好消息。

幸运的是,进一步的研究表明,实际上能引起免疫应答的突变比例要高得多,大部分新表位都能被CD4+ 辅助性T细胞所识别。在小鼠模型中,针对这些新表位开发出的疫苗能有效控制小鼠的晚期肿瘤。

Science特刊:一文读懂癌症疫苗研发进展

▲个体化癌症疫苗的开发(图片来源:K. SUTLIFF/SCIENCE)

但从小鼠到人类的转化并不是一项简单的工作。为了在人体内复制成功,我们需要经历鉴别突变、预测表位、设计疫苗、并生产疫苗这一系列复杂的工作。在3项治疗恶性黑色素瘤的早期临床试验中,癌症疫苗在人体内的可行性得到了验证。无论是使用代表肿瘤突变的多肽,还是编码肿瘤突变的RNA,这些疫苗均取得了可喜的进展,总体免疫原性率达60%。而接受疫苗的每名患者,也都对其肿瘤突变产生了强有力的T细胞反应。

总体来看,这些小型的早期临床试验证明了癌症疫苗的潜力,也为进一步的研发指明了方向。

新抗原表位的预测与选择

个体化癌症疫苗的关键之一,在于精准地找到肿瘤的“突变组”(mutanome),并由此选择能带来最优免疫反应的那些突变。要做到这一点,首先我们需要发现肿瘤患者中的突变。目前,我们常用的手段是利用NGS技术,比较肿瘤样本与健康组织外显子组中的异同。但这样的做法可能有几个局限,其一是这些肿瘤样本往往来自患者的活检,而活检获得的小块肿瘤可能不具有代表性;其二是目前的分析算法仅能确保单核苷酸变异(SNV)和插入/删除突变(indels)的准确性,但还无法准确体现出表观遗传学、转录、翻译、翻译后修饰等环节为癌症新表位带来的影响。

Science特刊:一文读懂癌症疫苗研发进展

▲新抗原在癌症免疫中的作用(图片来源:K. SUTLIFF/SCIENCE)

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