基于肿瘤新抗原的癌症免疫疗法 —— 你的钱袋准备好了吗？
近十年来，以 PD-1/PD-L1 免疫检查点抑制剂为代表的肿瘤免疫治疗在临床中展现出强大的抗肿瘤成效，确立了以 T 细胞为核心的适应性免疫系统在肿瘤治疗中的关键地位。而 T 细胞能够杀灭肿瘤的基础，源于其对肿瘤细胞来源抗原的特异性识别。T 细胞只有在同时识别 MHC 与抗原肽片段时，才会被激活，进而启动其抗肿瘤功能。那么，肿瘤抗原（Tumor associated antigen，TSA），亦被称作新抗原（neoantigen），成为肿瘤中激活 T 细胞介导免疫反应的关键要素。今日，我们将为您阐述肿瘤新抗原的发展历程，以及基于新抗原研究的癌症疫苗开发情况。
什么是肿瘤新抗原
我们了解到，癌症的发生源自正常细胞向癌细胞的恶性转变，在此过程中，会伴随大量的 DNA 突变，例如单核苷酸突变、插入或缺失等，这些变化会致使随后蛋白质的翻译出现紊乱，从而表达突变蛋白。而这些突变蛋白仅由癌症细胞特异性表达，正常细胞并不具备，因此我们将其称为肿瘤新抗原或肿瘤特异性抗原（neoantigens 或 Tumor-specific antigen）。与肿瘤相关抗原（Tumor-Associated Antigen，并非由突变产生）不同，肿瘤新抗原属于真正的外源蛋白。由于新抗原不在正常组织中表达，特异性识别新抗原的 T 细胞也不会受到中枢和外周耐受的负向调控。理论上，肿瘤新抗原具有高度抗原性，能够引发强大的抗肿瘤免疫反应。所以，肿瘤新抗原的研究对于癌症疫苗（Cancer Vaccine）的开发具有重大意义。
肿瘤新抗原的历史
二十世纪初期，众多研究已证实免疫系统能够识别并清除肿瘤细胞，然而，引发抗肿瘤免疫反应的抗原却尚不明确。直至 1988 年，美国 Ludwig Cancer Research 的科学家 Etienne De Plaen 及其同事通过运用 cDNA 文库筛选的方法，对比正常细胞与肿瘤细胞中的基因，发现了首个肿瘤特异性新抗原 ——P91A，并且表明该抗原能够被 T 细胞识别。
在后续的研究中，大多数新抗原都是通过 cDNA 文库筛选确定的，接着在细胞系中通过分子克隆，过度表达筛选出的新抗原 cDNA 和 MHC 分子，然后与 T 细胞共同培养，最后通过测定 T 细胞的分化状态来确认该新抗原的抗原性（antigencity），简单来说就是激活 T 细胞的能力。然而，这种方法劳动强度大、成本高，无法有效识别所有肿瘤抗原，导致新抗原研究在一段时间内陷入停滞。
尽管困难重重，肿瘤新抗原的相关研究在下一代测序（NGS）技术的发展下迎来了曙光。2012 年，圣路易斯华盛顿大学的 Robert D Schreiber 教授团队的松下博和（Hirokazu Matsushita）首次通过大规模平行测序技术在小鼠肿瘤模型中鉴定出新抗原 —— 变异型 spectrin-β2。
由此，我们能够通过全外显子组测序（WES），快速对比肿瘤细胞与正常细胞的 DNA 序列，并结合生物信息学算法，从而识别肿瘤特异性突变，筛选肿瘤新抗原。当然，筛选出的新抗原还需通过实验验证，以确定其能够在体外激活 T 细胞并在体内引发抗肿瘤反应。
肿瘤新抗原的筛选过程（Step 1：识别肿瘤非同义突变 (NSM)。Step 2：选择候选新抗原。Step 3：评估候选新抗原的免疫原性。）
基于肿瘤新抗原的癌症免疫疗法
肿瘤新抗原的鉴定对我们的癌症治疗开发有何意义呢？目前，主要有两种思路：其一为肿瘤新抗原疫苗，与我们日常接种疫苗的原理相同。其二是细胞疗法，在体外培养识别肿瘤新抗原的 T 细胞，然后将该 T 细胞回输给患者。这两种方法的目的都是增加患者体内的肿瘤新抗原特异性 T 细胞，从而杀灭癌细胞。
基于新抗原的免疫疗法开发具有诸多优势：首先，新抗原仅由肿瘤细胞表达，因此能够引发真正的肿瘤特异性 T 细胞反应，从而避免对非恶性组织造成 “脱靶” 损害。其次，新抗原是源自体细胞突变的新抗原，而非自身抗原，能够规避中心耐受和外周耐受对 T 细胞的负向调控。此外，新抗原特异性 T 细胞可能分化为记忆性 T 细胞，从而提供免疫记忆，这就有可能为癌症复发提供长期保护。
2015 年，当时还在华盛顿大学的 Gerald P Linette 团队为三名晚期黑色素瘤患者接种了基于树突状细胞呈递的七种肿瘤新抗原的个性化疫苗，开启了新抗原疫苗的崭新篇章。随后的几项新抗原疫苗在黑色素瘤患者中的临床试验也证实了其对患者体内 T 细胞免疫反应的增强作用，并表明其与 PD - 1 抗体联合使用可能会有更好的临床疗效。
当然，癌症新抗原疫苗是一种高度个性化的治疗手段，因为不同癌症甚至不同患者中的新抗原各不相同，这种量身定制的疗法注定了其高昂的价格。了解一下其开发过程您就会有所理解：首先，我们需要提取患者的肿瘤组织及外周血，通过测序对比肿瘤和正常细胞的 DNA 鉴定出肿瘤特有的新抗原，再通过与 MHC 结合预测分析并体外验证其抗原性，确定该患者特有的新抗原。随后，通过所选择的疫苗平台（如 mRNA 或长肽），按需生产个性化和多特异性的新抗原疫苗。
挑战及展望
基于新抗原的癌症免疫治疗虽然具有诸多优点，但仍需面对诸多挑战。从靶点细胞角度来看，新抗原疫苗是靶向 CD8T 细胞好还是 CD4T 细胞好尚未确定，CD8T 细胞与免疫检查点阻断药物可能有较好的关联，但更容易导致表位丢失。而 CD4T 细胞更容易诱导，但其抗肿瘤效果可能不如直接激活 CD8 来得好。在技术层面上，我们还需要提升对肿瘤新抗原的预测能力，并且需要建立临床前模型，从而优化剂量、给药途径、免疫佐剂和疫苗递送方法。最后，我们还需要改进制造工艺，降低个性化疫苗的成本和生产时间。随着理解和研究的不断深入，我们相信新抗原疫苗作为一种崭新且极具前景的技术，必定会在精确肿瘤免疫治疗的领域中发挥重要作用。
什么是肿瘤新抗原
我们了解到，癌症的发生源自正常细胞向癌细胞的恶性转变，在此过程中，会伴随大量的 DNA 突变，例如单核苷酸突变、插入或缺失等，这些变化会致使随后蛋白质的翻译出现紊乱，从而表达突变蛋白。而这些突变蛋白仅由癌症细胞特异性表达，正常细胞并不具备，因此我们将其称为肿瘤新抗原或肿瘤特异性抗原（neoantigens 或 Tumor-specific antigen）。与肿瘤相关抗原（Tumor-Associated Antigen，并非由突变产生）不同，肿瘤新抗原属于真正的外源蛋白。由于新抗原不在正常组织中表达，特异性识别新抗原的 T 细胞也不会受到中枢和外周耐受的负向调控。理论上，肿瘤新抗原具有高度抗原性，能够引发强大的抗肿瘤免疫反应。所以，肿瘤新抗原的研究对于癌症疫苗（Cancer Vaccine）的开发具有重大意义。
肿瘤新抗原的历史
二十世纪初期，众多研究已证实免疫系统能够识别并清除肿瘤细胞，然而，引发抗肿瘤免疫反应的抗原却尚不明确。直至 1988 年，美国 Ludwig Cancer Research 的科学家 Etienne De Plaen 及其同事通过运用 cDNA 文库筛选的方法，对比正常细胞与肿瘤细胞中的基因，发现了首个肿瘤特异性新抗原 ——P91A，并且表明该抗原能够被 T 细胞识别。
在后续的研究中，大多数新抗原都是通过 cDNA 文库筛选确定的，接着在细胞系中通过分子克隆，过度表达筛选出的新抗原 cDNA 和 MHC 分子，然后与 T 细胞共同培养，最后通过测定 T 细胞的分化状态来确认该新抗原的抗原性（antigencity），简单来说就是激活 T 细胞的能力。然而，这种方法劳动强度大、成本高，无法有效识别所有肿瘤抗原，导致新抗原研究在一段时间内陷入停滞。
尽管困难重重，肿瘤新抗原的相关研究在下一代测序（NGS）技术的发展下迎来了曙光。2012 年，圣路易斯华盛顿大学的 Robert D Schreiber 教授团队的松下博和（Hirokazu Matsushita）首次通过大规模平行测序技术在小鼠肿瘤模型中鉴定出新抗原 —— 变异型 spectrin-β2。
由此，我们能够通过全外显子组测序（WES），快速对比肿瘤细胞与正常细胞的 DNA 序列，并结合生物信息学算法，从而识别肿瘤特异性突变，筛选肿瘤新抗原。当然，筛选出的新抗原还需通过实验验证，以确定其能够在体外激活 T 细胞并在体内引发抗肿瘤反应。
肿瘤新抗原的筛选过程（Step 1：识别肿瘤非同义突变 (NSM)。Step 2：选择候选新抗原。Step 3：评估候选新抗原的免疫原性。）
基于肿瘤新抗原的癌症免疫疗法
肿瘤新抗原的鉴定对我们的癌症治疗开发有何意义呢？目前，主要有两种思路：其一为肿瘤新抗原疫苗，与我们日常接种疫苗的原理相同。其二是细胞疗法，在体外培养识别肿瘤新抗原的 T 细胞，然后将该 T 细胞回输给患者。这两种方法的目的都是增加患者体内的肿瘤新抗原特异性 T 细胞，从而杀灭癌细胞。
基于新抗原的免疫疗法开发具有诸多优势：首先，新抗原仅由肿瘤细胞表达，因此能够引发真正的肿瘤特异性 T 细胞反应，从而避免对非恶性组织造成 “脱靶” 损害。其次，新抗原是源自体细胞突变的新抗原，而非自身抗原，能够规避中心耐受和外周耐受对 T 细胞的负向调控。此外，新抗原特异性 T 细胞可能分化为记忆性 T 细胞，从而提供免疫记忆，这就有可能为癌症复发提供长期保护。
2015 年，当时还在华盛顿大学的 Gerald P Linette 团队为三名晚期黑色素瘤患者接种了基于树突状细胞呈递的七种肿瘤新抗原的个性化疫苗，开启了新抗原疫苗的崭新篇章。随后的几项新抗原疫苗在黑色素瘤患者中的临床试验也证实了其对患者体内 T 细胞免疫反应的增强作用，并表明其与 PD - 1 抗体联合使用可能会有更好的临床疗效。
当然，癌症新抗原疫苗是一种高度个性化的治疗手段，因为不同癌症甚至不同患者中的新抗原各不相同，这种量身定制的疗法注定了其高昂的价格。了解一下其开发过程您就会有所理解：首先，我们需要提取患者的肿瘤组织及外周血，通过测序对比肿瘤和正常细胞的 DNA 鉴定出肿瘤特有的新抗原，再通过与 MHC 结合预测分析并体外验证其抗原性，确定该患者特有的新抗原。随后，通过所选择的疫苗平台（如 mRNA 或长肽），按需生产个性化和多特异性的新抗原疫苗。
挑战及展望
基于新抗原的癌症免疫治疗虽然具有诸多优点，但仍需面对诸多挑战。从靶点细胞角度来看，新抗原疫苗是靶向 CD8T 细胞好还是 CD4T 细胞好尚未确定，CD8T 细胞与免疫检查点阻断药物可能有较好的关联，但更容易导致表位丢失。而 CD4T 细胞更容易诱导，但其抗肿瘤效果可能不如直接激活 CD8 来得好。在技术层面上，我们还需要提升对肿瘤新抗原的预测能力，并且需要建立临床前模型，从而优化剂量、给药途径、免疫佐剂和疫苗递送方法。最后，我们还需要改进制造工艺，降低个性化疫苗的成本和生产时间。随着理解和研究的不断深入，我们相信新抗原疫苗作为一种崭新且极具前景的技术，必定会在精确肿瘤免疫治疗的领域中发挥重要作用。