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一文讀懂細(xì)胞治療進(jìn)化史


來源:上海細(xì)胞治療工程技術(shù)研究中心  張如奎

導(dǎo)語:時(shí)至今天,醫(yī)學(xué)在解決外科手術(shù)、病菌感染方面取得了令人矚目的成就。但是對(duì)于細(xì)胞損傷性疾病,比如糖尿病、肝硬化、慢性炎癥甚至是濕疹等皮膚病,并沒有十分有效的治療方法,這是因?yàn)槲覀兩眢w疾病的恢復(fù)依賴于細(xì)胞、組織的自我修復(fù),治療僅僅是提供一個(gè)適宜修復(fù)的外界環(huán)境。因此,可以毫不夸張的說:在科學(xué)、醫(yī)學(xué)高度發(fā)展的今天,獲得健康和治療疾病的最佳方法是,利用自身活細(xì)胞消滅、重建和更新疾病及老化的細(xì)胞組織。
  
  我們的身體這種“破舊立新”的能力依賴于兩種細(xì)胞:免疫細(xì)胞和干細(xì)胞。在體內(nèi),免疫細(xì)胞負(fù)責(zé)特異性/非特異性殺傷外來病菌及其衰老病變細(xì)胞,干細(xì)胞則是進(jìn)行分化產(chǎn)生和更新細(xì)胞,修復(fù)受損傷的組織和器官,二者兢兢業(yè)業(yè)的堅(jiān)守職責(zé)才使得我們的身體維持在一個(gè)健康的狀態(tài)。但是當(dāng)年紀(jì)變大后,這兩種細(xì)胞的活性則會(huì)逐漸下降,身體中病變的細(xì)胞、老化的細(xì)胞就會(huì)相應(yīng)增多。

  鑒于此,人類寄希望于細(xì)胞治療,利用患者自體(或異體)的免疫細(xì)胞或干細(xì)胞對(duì)細(xì)胞、組織、器官進(jìn)行修復(fù)的科學(xué)實(shí)踐和臨床應(yīng)用不曾停止。到目前,細(xì)胞治療已被廣泛用于抗衰老、骨髓移植、晚期肝硬化、器官衰竭、惡性腫瘤等疾病領(lǐng)域。限于篇幅,本文僅討論以免疫細(xì)胞為基礎(chǔ)的細(xì)胞治療,特別是在腫瘤治療領(lǐng)域的應(yīng)用。

  1930年,瑞士的代保羅·尼漢斯(Daul Niehans)成為羊胚胎素活細(xì)胞治療皮膚年輕化的著名醫(yī)師,被譽(yù)為“細(xì)胞治療之父”。1950年,醫(yī)學(xué)家將骨髓細(xì)胞移植到遭受致死劑量輻射的動(dòng)物,發(fā)現(xiàn)能夠挽救生命,重建骨髓造血免疫系統(tǒng)。1967年,多納爾·托馬斯完成第一例骨髓移植,后于1990年獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。1985年,美國國家腫瘤中心率先將細(xì)胞免疫治療正式列入腫瘤綜合治療的第四大模式。2011年,加拿大科學(xué)家拉爾夫·斯坦曼利用自己發(fā)現(xiàn)的DC細(xì)胞治療自己的胰腺癌疾病。這些卓越的成就為驅(qū)使人體自身細(xì)胞和免疫進(jìn)程來治療自體免疫紊亂、腫瘤提供了最好的驗(yàn)證。

  此后,細(xì)胞治療如雨后春筍般興起,以其良好的療效,副作用小,更個(gè)體化、個(gè)性化等獨(dú)特的優(yōu)勢,在一些難治性腫瘤疾病的治療中率先得到嘗試應(yīng)用。腫瘤細(xì)胞免疫治療2013年被Science雜志評(píng)為年度10大科技突破之首?,F(xiàn)在,細(xì)胞治療在臨床治療中擔(dān)當(dāng)著越來越重要的角色。用于治療性的細(xì)胞包括:NK、γδT、LAK/TIL、DC-CIK、TCRT/CART等,其療效、特異性、整體有效率、副作用反應(yīng)等方面的情況逐步改善。
  
NK細(xì)胞和γδ T細(xì)胞
  NK細(xì)胞即自然殺傷細(xì)胞,無MHC限制,不依賴抗體,NK細(xì)胞是人體先天免疫的核心組成部分,是腫瘤細(xì)胞免疫的基礎(chǔ)。它通常處于休眠狀態(tài),一旦被激活,它們會(huì)滲透到大多數(shù)組織中攻擊腫瘤細(xì)胞和病毒感染細(xì)胞。γδT細(xì)胞是介于特異性免疫與非特異性免疫之間的一類免疫細(xì)胞,主要分布于皮膚和黏膜組織, 由于γδT細(xì)胞具有獨(dú)特的抗原識(shí)別特性和組織分布,使其成為最合適的早期抗腫瘤效應(yīng)細(xì)胞之一,與其他天然免疫細(xì)胞構(gòu)成機(jī)體防御細(xì)胞癌變的第一道屏障,在抗腫瘤免疫監(jiān)視和免疫效應(yīng)中發(fā)揮著重要的作用。
  
LAK細(xì)胞和TIL細(xì)胞
  1982年,美國癌癥研究所的Rosenberg 發(fā)現(xiàn)IL-2刺激的血細(xì)胞中產(chǎn)生一類細(xì)胞,可以對(duì)NK細(xì)胞耐受的實(shí)體瘤產(chǎn)生殺傷作用,而被命名為淋巴激活殺傷細(xì)胞 (lymphokine activated killers, LAK)。1984年11月Rosenberg研究組在美國食品和藥品檢驗(yàn)局(Us Food and Drug Administration,FDA)批準(zhǔn)下,首次應(yīng)用IL-2與LAK協(xié)同治療腎細(xì)胞癌、黑素瘤、肺癌、結(jié)腸癌等腫瘤患者。1986年Rosenberg研究組首先報(bào)道了用機(jī)械處理和酶消化方法,從腫瘤組織中分離出腫瘤浸潤的淋巴細(xì)胞(tumor infiltrating lymphocyte,TIL),加入IL-2體外培養(yǎng),這樣的淋巴細(xì)胞其生長、擴(kuò)增能力強(qiáng)于LAK細(xì)胞,對(duì)LAK治療無效的晚期腫瘤具有一定治療效果。1989年后,有研究發(fā)現(xiàn)CD3抗體對(duì)LAK和TIL細(xì)胞具有增強(qiáng)的活性,事實(shí)也表明CD3AK(Anti-CD3 Antibody induced activated killer cells)細(xì)胞有比LAK細(xì)胞和TIL細(xì)胞更強(qiáng)的擴(kuò)增及抗腫瘤能力。
  
CIK細(xì)胞免疫治療
  繼淋巴因子激活殺傷細(xì)胞(LAK)、浸潤腫瘤淋巴細(xì)胞(TIL)、及CD3單抗激活的殺傷細(xì)胞(CD3AK)后,細(xì)胞因子誘導(dǎo)的殺傷細(xì)胞(cytokine induced killer ,CIK)的殺瘤作用日益受到重視。CIK細(xì)胞最早是1991年由美國斯坦福大學(xué)Schmidt Wolf等首次報(bào)道。他們發(fā)現(xiàn)在多種細(xì)胞因子(γ-干擾素、CD3單抗、IL-1和IL-2)作用下,外周血淋巴細(xì)胞可以被定向誘導(dǎo)并大量增值成為腫瘤殺傷細(xì)胞。CD3+、CD56+、細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞是CIK群體中主要效應(yīng)細(xì)胞,與其他過繼性免疫治療細(xì)胞相比,具有增殖速度更快、殺瘤活性更高、殺瘤譜更廣等優(yōu)點(diǎn),是腫瘤過繼兔疫治療中更為有效的抗腫瘤效應(yīng)細(xì)胞。
  
DC-CIK細(xì)胞免疫治療
  DC-CIK是指與DC細(xì)胞共培養(yǎng)的CIK細(xì)胞。樹突狀細(xì)胞(dendritic cell,DC)是專職抗原提呈細(xì)胞,成熟的DC可以通過MHC-Ⅱ等途徑提呈腫瘤抗原,有效抵制腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸機(jī)制。CIK細(xì)胞可通過非特異性免疫殺傷作用清除腫瘤患者體內(nèi)微小殘余病灶,所以負(fù)載腫瘤抗原的DC與CIK的有機(jī)結(jié)合(即Target DC-CIK細(xì)胞)能產(chǎn)生特異性和非特異性的雙重抗腫瘤效應(yīng)。在CIK細(xì)胞免疫治療的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高了治療的特異性和有效性。

  
ACTL細(xì)胞免疫治療
  為了使DC細(xì)胞更好的提呈腫瘤特異性抗原,將抗原基因包裝成病毒。大家知道每個(gè)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(Cytotoxic T Lymphocytes, CTL)都表達(dá)克隆型獨(dú)特的TCR以識(shí)別特定的靶抗原,CTL識(shí)別的是遞呈在腫瘤細(xì)胞表面的并與MHC-I類分子結(jié)合的抗原肽片段。ACTLTM靶向性抗腫瘤細(xì)胞免疫技術(shù),就是將無致病性的腺相關(guān)病毒通過基因重組技術(shù)改建為攜帶特定腫瘤相關(guān)抗原決定簇基因的重組腺相關(guān)病毒(Recombinant Adeno-associated virus,rAAV),感染患者的外周血單核細(xì)胞,再經(jīng)細(xì)胞因子誘導(dǎo),單核細(xì)胞轉(zhuǎn)化為具有強(qiáng)大抗原提呈功能的樹突狀細(xì)胞(Dendritic cells, DC)。獲得的DC可刺激產(chǎn)生有效殺傷腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(Cytotoxic T lymphocytes, CTL)。這種經(jīng)rAAV感染的DC刺激產(chǎn)生的CTL僅針對(duì)某種或數(shù)種腫瘤相關(guān)抗原陽性的腫瘤細(xì)胞具有殺傷作用,對(duì)抗原陰性的細(xì)胞無作用。
  
TCR-T和CAR-T
  在腫瘤患者體內(nèi),免疫耐受普遍存在,為了重新激活免疫系統(tǒng),使得制備細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞更具靶向性?;蚬こ谈脑霻細(xì)胞受體應(yīng)運(yùn)而生,促使誕生更為強(qiáng)大的細(xì)胞治療方法(TCR-T和CAR-T)。TCR-T是對(duì)T細(xì)胞受體進(jìn)行基因改造,使得對(duì)靶標(biāo)抗原的結(jié)合力更強(qiáng)。2014年6月Kite公司宣布和美國國家癌癥研究中心NCI達(dá)成協(xié)議,合作開發(fā)以NY-ESO-1為抗原靶點(diǎn)的TCR-T細(xì)胞類抗癌藥物。

  CART細(xì)胞是指表達(dá)抗原特異性抗體的T細(xì)胞,它既有抗體對(duì)抗原的高度親和性,又有T細(xì)胞高度殺傷能力。CART 是將識(shí)別腫瘤相關(guān)抗原(TAA)的單鏈抗體(scFv)和T細(xì)胞的活化序列在體外進(jìn)行基因重組,形成重組質(zhì)粒,通過體外轉(zhuǎn)染技術(shù),純化和大規(guī)模擴(kuò)增經(jīng)過基因改造和修飾后的T細(xì)胞。CART在體外及體內(nèi)都對(duì)特定腫瘤抗原具有高度親和性,同時(shí)CART在體內(nèi)能夠迅速擴(kuò)增,及對(duì)抗原負(fù)荷腫瘤細(xì)胞具有高效選擇性殺傷作用。臨床試驗(yàn)表明,CART對(duì)白血病有高達(dá)90%的有效性,所以成為治療白血病的最新技術(shù)。

  CART給癌癥治療帶來了一種變革,其全球領(lǐng)軍企業(yè)諾華和Juno展開了激烈的競爭。2011年,賓夕法尼亞大學(xué)Carl June的CART技術(shù)治療了6歲的艾米莉和64歲的奧爾森,不久這項(xiàng)技術(shù)被諾華購買。然而諾華的合作伙伴Carl并不是唯一想到利用CART來對(duì)付癌癥的人,另一批人將他們的努力集中到西雅圖的Juno公司,Juno也導(dǎo)演了橄欖球運(yùn)動(dòng)員萊特三世的奇跡故事。2015年1月,在CART領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的諾華投資了掌握CRISPR/cas9技術(shù)的領(lǐng)跑者Intellia Therapeutics,兩者合作開發(fā)細(xì)胞治療新藥。2015年5月,不愿屈居第二的Juno與Editas Medicine達(dá)成協(xié)議,利用后者的CRISPR技術(shù)(張鋒的公司),共同開發(fā)癌癥免疫療法。

  此外,美國醫(yī)藥巨頭輝瑞公司也宣布與法國生物科技公司Cellectis簽署了一項(xiàng)聯(lián)合研發(fā)CART免疫治療的協(xié)議(其實(shí)早在2014年6月)。Cellectis公司的CART平臺(tái)技術(shù)是基于腫瘤相關(guān)抗原作為靶標(biāo)的一種專有的同種異源(allogeneic)方法。雖然Cellectis公司的免疫治療研發(fā)落后于諾華、Juno、Kite,但是其率先實(shí)現(xiàn)CART療法的工業(yè)化生產(chǎn)具有商業(yè)運(yùn)作優(yōu)勢。值得慶幸的是,Cellectis工業(yè)化生產(chǎn)的通用性CART細(xì)胞被英國GOST醫(yī)院成功救治一名淋巴癌晚期的嬰兒。

  2016年一開年,另一巨頭Baxalta公司就花32億美元的重金進(jìn)入腫瘤免疫治療領(lǐng)域,卻不想沒過幾天,罕見病治療公司Shire以320億美元的高價(jià)完成了對(duì)Baxalta的收購。這促進(jìn)了Baxalta強(qiáng)勢闖入癌癥免疫治療。不僅如此,其他的競爭對(duì)手包括MD安德森癌癥中心獨(dú)立進(jìn)行的CART項(xiàng)目以及生物科技巨頭Celgene與小企業(yè)Bluebird合作進(jìn)行的細(xì)胞治療項(xiàng)目。
  
Neo-antigen精準(zhǔn)免疫細(xì)胞治療
  細(xì)胞治療技術(shù)的革新并沒有終止,隨著高通量基因測序技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)的發(fā)展,細(xì)胞治療將邁向更加精準(zhǔn)的方向。腫瘤的發(fā)生往往有數(shù)千個(gè)突變類型,每個(gè)病人的突變類型不一樣,所以傳統(tǒng)的治療模式出現(xiàn)了許多困惑,而這恰恰是精準(zhǔn)免疫細(xì)胞治療的突破口?;驒z測獲得每個(gè)腫瘤細(xì)胞獨(dú)特的變異信息,通過數(shù)據(jù)庫和算法預(yù)測免疫原性,這樣一個(gè)個(gè)具有免疫原性的特異突變(也可稱為癌細(xì)胞特異性新抗原neo-antigen)就成了每個(gè)腫瘤細(xì)胞的阿喀琉斯之踵。一直引領(lǐng)免疫細(xì)胞治療的Rosenberg團(tuán)隊(duì)采用外顯子測序技術(shù)獲得突變圖譜,并預(yù)測T細(xì)胞表位肽的MHC結(jié)合力,在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行合成。最后刺激并富集針對(duì)新抗原的精準(zhǔn) T 細(xì)胞,回輸腫瘤患者進(jìn)行精準(zhǔn)免疫治。

  無獨(dú)有偶,德國Delamarre研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合應(yīng)用外顯子測序技術(shù)以及MHC分子-抗原表位親和力模擬預(yù)測算法,制造能被T細(xì)胞識(shí)別從而高效激活免疫反應(yīng)的多肽疫苗,這個(gè)疫苗兼具腫瘤預(yù)防性和治療性功效。另德國Sahin研究團(tuán)隊(duì)將腫瘤細(xì)胞內(nèi)的多個(gè)抗原表位肽串聯(lián)起來,針對(duì)每個(gè)患者定制實(shí)時(shí)化的腫瘤疫苗,徹底攻破腫瘤異質(zhì)性的難題。可以看出,不管是精準(zhǔn)T細(xì)胞,還是精準(zhǔn)腫瘤疫苗,這都是基于患者基因突變信息的精確到個(gè)人的特異性治療,針對(duì)腫瘤細(xì)胞才有而健康細(xì)胞不可能有的免疫原性突變,可謂真正個(gè)人定制的“靈丹妙藥”。

  不管是自然的NK細(xì)胞,還是改造過的T細(xì)胞,乃至根據(jù)基因測序的精準(zhǔn)免疫細(xì)胞,都是盡力使我們體內(nèi)免疫細(xì)胞的靶向性更特異、殺傷活性更強(qiáng)大和持久性更長期,以致打破宿主免疫耐受狀態(tài),克服腫瘤細(xì)胞免疫逃逸,最終徹底殺滅腫瘤細(xì)胞,幫助人類最終戰(zhàn)勝癌癥。不過需要客觀的說,縱然細(xì)胞治療技術(shù)不斷發(fā)展,但是腫瘤在強(qiáng)大的選擇壓力之下并不會(huì)坐以待斃。靶向特異性和非特異性需要聯(lián)合使用,細(xì)胞治療更需要和手術(shù)、化療緊密合作,借助于高通量基因測序、大數(shù)據(jù)分析技術(shù),在與腫瘤的對(duì)抗中,才能更多一份勝算。

End

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