免疫疗法

实验室制造的抗体被用来治疗疾病。一些治疗性抗体会与细胞因子或生长因子结合，阻止这些蛋白质发出信号。其他抗体则标记细胞以供摧毁。治疗性抗体也可以用来阻断检查点蛋白的作用，给T细胞更好的机会去对抗癌症。此外，从患者体内移除的T细胞可以被修改后再输回患者体内，作为一种癌症治疗方法。

1.引言

目前，人们对于使用免疫疗法治疗人类疾病，如自身免疫性疾病和癌症，表现出极大的兴趣。在本次讲座中，我将讨论一些正在尝试的方法，有时这些方法取得了巨大的成功。你会注意到，所有这些免疫疗法都是基于对免疫系统如何正常运作以保护我们免受疾病侵害的理解。

2.使用单克隆抗体的免疫疗法

抗体具有使它们对免疫系统极为有用的特性。例如，它们可以紧密地结合到特定的目标上，并且可以指导免疫系统摧毁该目标。这些相同的特性也可能使抗体在治疗疾病方面有用。但存在一个问题：尽管浆细胞B细胞产生大量的抗体，但浆细胞B细胞的寿命非常短——通常只有几天。因此，要使抗体作为“药物”具有实际价值，需要设计一种程序来延长浆细胞的寿命。两位名叫乔治·克勒（George Köhler）和塞萨尔·米尔斯坦（Cesar Milstein）的科学家认识到，许多癌细胞是“不朽的”：它们可以在实验室中几乎无限期地生长。他们假设，如果他们能够以某种方式将一个不产生任何抗体的癌细胞B细胞与一个正在产生他们希望大量生产的抗体的B细胞融合，他们可能能够创建一个杂交细胞——一个杂交瘤。理想情况下，这种杂交瘤将结合其“父母”双方的最佳品质：杂交瘤可以大量制造所需的抗体，并且因为它可以在实验室中无限期地生长，所以可以用作抗体工厂。尽管这听起来有点像科幻小说，但他们的想法奏效了！事实上，这一发现如此重要，以至于克勒和米尔斯坦被授予诺贝尔奖。因为杂交瘤技术产生的是一种只产生一种抗体的不朽细胞克隆，所以制造出的抗体被称为单克隆抗体。

目前，大约一半的临床试验药物是单克隆抗体，并且已有一些单克隆抗体被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于免疫疗法。治疗性单克隆抗体在电视广告等中的常见术语是“生物制剂”。

2.1.使用单克隆抗体治疗自身免疫疾病

一些治疗性单克隆抗体旨在结合特定的蛋白质并阻止它们发挥作用。类风湿性关节炎相关的炎症主要是由肿瘤坏死因子（TNF）引起的，这是一种由巨噬细胞产生的细胞因子，这些巨噬细胞在自身反应性辅助T细胞的引导下渗入关节。单克隆抗体（例如，Humira（阿达木单抗））可以阻断TNF的作用，要么通过结合TNF，要么通过结合其受体。TNF阻断剂在减轻关节炎症状方面非常有效，这些单克隆抗体现在是全球最受欢迎的药物类别，年销售额超过250亿美元。这些抗体通常通过皮下注射给药，通常每两周一次。尽管TNF阻断剂效果良好，但重要的是要记住TNF是一种细胞因子，是免疫防御的重要组成部分。因此，抑制其作用会使患者容易感染。我相信你在电视上听到过这些药物广告的长串免责声明！

银屑病是另一种正在用单克隆抗体治疗的自身免疫疾病。在这种疾病中，罪魁祸首是细胞因子IL-17，它会导致皮肤细胞（角质形成细胞）在不应该增殖时增殖。这种异常增殖导致疾病特征性的增厚和脱屑的皮肤斑块（斑块）。阻断IL-17与其在角质形成细胞上的受体之间相互作用的单克隆抗体（例如，Cosentyx（secukinumab））在治疗中度至重度斑块型银屑病方面非常有效。然而，IL-17的正常功能之一是帮助防御真菌感染（例如，白色念珠菌）。因此，接受IL-17阻断剂治疗的患者更容易发生酵母菌感染。

单克隆抗体也被用来消除导致疾病的免疫系统细胞。Campath-1H（阿雷珠单抗）是一种单克隆抗体，它结合到B细胞、T细胞和单核细胞表面丰富的CD52抗原上——但不在其他细胞类型表面。当Campath-1H结合到CD52时，它可以通过固定补体（压倒细胞的抗补体防御）或抗体依赖性细胞毒性（ADCC）来触发目标细胞的破坏，在ADCC中，单克隆抗体识别目标，而吞噬细胞执行杀伤。重要的是，尽管这种单克隆抗体可以消耗B细胞和T细胞，但它不会破坏产生这些淋巴细胞的造血干细胞。因此，在免疫疗法停止后，可以制造新的B细胞和T细胞来替换被破坏的那些。Campath-1H目前用于治疗多发性硬化症，这是一种由自身反应性T细胞介导的自身免疫疾病。

由克勒和米尔斯坦开创的单克隆抗体是通过融合两个小鼠细胞制成的——因此它们是小鼠抗体。因此，这些抗体可能被视为外来物，被人体免疫系统破坏，限制了它们在患者体内存活的时间。为了规避这一潜在问题，可以使用基因工程替换编码抗体分子的大部分或全部外来DNA序列，用相应的人类序列替换。结果，患者的免疫系统将对这些“人源化”单克隆抗体产生耐受性。Campath-1H是第一个被FDA批准的人源化抗体。

2.2.使用单克隆抗体治疗癌症

单克隆抗体被用来治疗几种类型的癌症。Rituximab是一种单克隆抗体，它结合到B细胞表面的CD20蛋白上，并通过抗体依赖性细胞毒性标记这些细胞进行破坏。这是FDA批准的第一个用于治疗癌症的单克隆抗体，并且它已被非常成功地用于治疗非霍奇金淋巴瘤——一种起源于B细胞发生突变阻止其成熟过程的血细胞癌。CD20在未成熟B细胞（例如，非霍奇金淋巴瘤细胞）表面表达，但不在负责补充血液系统的造血干细胞表面。此外，CD20不在已成熟到抗体产生阶段的B细胞表面表达。这里的构想是，rituximab将结合到表达CD20的淋巴瘤细胞上，并标记它们进行破坏，但会保留造血干细胞和长寿的浆细胞B细胞，这些细胞由于早期的感染或疫苗接种，正在产生保护性抗体。

大约有25%的转移性乳腺癌患者的肿瘤会产生异常大量的生长因子受体，称为Her2。当这种表面受体被生长因子蛋白结合时，会导致这些癌细胞增殖。单克隆抗体赫赛汀（曲妥珠单抗）可以与Her2受体结合，"遮盖"它，阻止其接收触发增殖的信号。因此，对于过度产生Her2的乳腺癌患者，这种免疫疗法可以通过减缓转移瘤的生长来延长生存时间。

在第8讲中，我们讨论了两种“检查点蛋白”，CTLA-4和PD-1，它们出现在激活的T细胞表面，以防止它们过度活跃。经历反复激活和增殖的T细胞在其表面表达越来越多的CTLA-4。这种检查点蛋白与激活受体CD28竞争，与B7（表达在激活的树突状细胞上）结合，使得T细胞在次级淋巴器官中重新激活变得更加困难。这可能限制了针对肿瘤的T细胞积累到足以摧毁肿瘤的数量。

检查点蛋白PD-1的结合并不干扰激活。相反，PD-1的结合抑制了T细胞的效应功能（例如，杀死目标细胞的能力）以及它们的增殖能力。实际上，PD-1表达的正常目的似乎是减弱免疫反应，最小化组织可能遭受的附带损害，如果T细胞在感染清除后继续发挥作用，可能会导致这种损害。肿瘤细胞经常表达PD-1的配体PD-L1，肿瘤环境中的其他细胞可以在诸如IFN-γ等细胞因子的作用下被诱导表达PD-L1，这些细胞因子是与肿瘤相关的炎症的结果。通过表达或诱导PD-L1的表达，实体瘤可以“保护自己”，创造一个对可能摧毁它们的T细胞敌对的局部环境。

免疫学家推断，如果癌症患者确实有能够针对他们肿瘤的T细胞，这些细胞可能受到这两种检查点蛋白的抑制。如果是这样，通过用单克隆抗体治疗患者，阻断T细胞上的检查点蛋白与它们的配体之间的相互作用，可能“重新激活”抗肿瘤免疫反应。第一个上市的检查点抑制剂之一是一种名为伊匹木单抗的单克隆抗体，它可以与T细胞表面的CTLA-4结合，阻止这种检查点蛋白吸收APCs上有限数量的B7蛋白。这种类型的检查点阻断在治疗转移性黑色素瘤方面最为有效，已经延长了一些患者的生命。然而，CTLA-4的正常功能之一是通过使自身反应性T细胞难以重新激活来提供对自身免疫的保护，这些T细胞被丰富的自身抗原长期刺激。因此，CTLA-4的单克隆抗体阻断可能导致严重的副作用，如结肠炎和肝炎症——这些病症通常与自身免疫疾病相关。最近，已经开发出可以与T细胞上的PD-1或PD-L1结合并阻断这两种蛋白相互作用的单克隆抗体。PD-1阻断似乎比CTLA-4阻断引起的自身免疫型副作用要少，PD-1阻断剂已被用于治疗约十几种不同的癌症，反应率从15%到90%不等。霍奇金淋巴瘤、晚期黑色素瘤和肺癌是已经成功治疗的癌症类型之一。即使是膀胱癌，其反应率仅为15%，未经治疗的患者通常存活不到一年，用单克隆抗体阻断PD-1/PD-L1相互作用的治疗已经使一些患者的生命延长了三年多。可能最有名的接受PD-1阻断治疗的患者是吉米·卡特。2015年，卡特总统被诊断出患有恶性黑色素瘤，已经转移到他的大脑和肝脏。预测他只能活几个月。他接受了放疗、化疗和PD-1阻断剂的联合治疗——六年多后仍然活着。

需要注意的是，如果患者的免疫系统已经在制造针对肿瘤的T细胞——这些细胞的效果受到限制，要么是因为它们太少，要么是因为它们功能不佳——检查点阻断才作为癌症治疗有效。尽管检查点阻断在治疗一些癌症方面很有用，但在大多数人类肿瘤中没有发现针对肿瘤的T细胞，这表明大多数癌细胞没有激活适应性免疫系统。在有肿瘤特异性T细胞的患者中，发现这些T细胞中的大多数具有结合新抗原的受体——“新”抗原是癌细胞因编码正常细胞蛋白的DNA突变而产生的。由于这种突变，新抗原本质上是外来抗原——CTLs不耐受的抗原。

一般来说，如果患者的肿瘤细胞表达高水平的PD-L1，那么阻断PD-1/PD-L1相互作用的抗体免疫疗法效果最好。例如，霍奇金淋巴瘤细胞有一种遗传突变，导致它们过度表达PD-L1，用PD-1阻断治疗这种癌症的反应率接近90%。不幸的是，霍奇金淋巴瘤是个例外。检查点阻断通常只能延长某些其他癌症患者中大约20%的人的生命。此外，目前还没有好的方法来预测“幸运”的20%可能是谁。

含有许多遗传突变的成熟肿瘤更有可能产生T细胞可以识别的新抗原。然而，这样的肿瘤也更有可能包含“逃逸”变体——癌细胞中新抗原不再能被呈现或识别。因此，尽管对检查点免疫疗法的积极反应可以持续数年，但大多数患者的肿瘤并没有完全消失，许多因检查点阻断而缩小或稳定的肿瘤在相对较短的时间内又开始生长。最后，检查点抑制剂是通过在医院每两到三周输注一次来给药的，这些治疗费用昂贵：这种单克隆抗体治疗目前的费用大约是每年每位患者10万美元。

CTLA-4和PD-1的功能是不冗余的。CTLA-4主要在次级淋巴器官中作用，以防止T细胞激活。相比之下，PD-1通常在癌症部位作为抗癌反应的负调节因子发挥作用。临床试验表明，阻断这两个检查点比仅阻断其中一个或另一个更有效。然而，这种联合治疗也比单一阻断治疗更具毒性。

3.使用T细胞的免疫疗法

T细胞也可以用来治疗疾病。在某些情况下，这涉及到帮助“自然”T细胞，它们只需要帮助完成工作。在其他情况下，通过基因工程修改T细胞，使它们变得更“更好、更快、更强”。

3.1.癌症的过继细胞转移免疫疗法

当外科医生从癌症患者（例如，黑色素瘤）中切除肿瘤时，他们经常发现癌组织已经被T细胞“浸润”——他们将这些细胞命名为“肿瘤浸润性淋巴细胞”或TILs。当这些细胞被检查时，发现其中一些具有能够识别癌细胞表达的抗原的受体。这一发现表明免疫系统正在尝试处理癌症，但可能肿瘤特异性T细胞太少，无法完成工作。

为了测试这个想法，免疫学家设计了以下程序：他们从患者的肿瘤中恢复的单个细胞制作许多单独培养，并在IL-2的存在下培养这些细胞，以促使肿瘤浸润性淋巴细胞增殖。接下来，每个培养被测试以识别包含对肿瘤细胞活性最高的T细胞的培养。这个“获胜”的培养被迫进一步增殖以产生约1000亿肿瘤特异性T细胞。最后，这些“活药”被输回患者体内以治疗他的癌症。

这种程序，称为过继细胞转移（ACT），在一些黑色素瘤患者中导致肿瘤生长停止甚至肿瘤根除。在一个试验中，93名患者中有20名的肿瘤完全缩小，这些个体中的19名在治疗后五到十年的测试中没有复发——表明他们可能已经被治愈。到目前为止，只有黑色素瘤产生了在ACT中有用的TILs。

过继细胞转移有几个优点。这种免疫疗法依赖于自然发生的肿瘤特异性T细胞的扩增，不必要知道被分离的TILs识别的抗原（s）。此外，大多数TILs针对新抗原。因此，即使给予非常大的TILs数量，这些治疗通常不会引起自身免疫。另一方面，由于TILs通常识别每个患者特有的突变蛋白，ACT极其昂贵。

3.2.使用工程化T细胞的癌症免疫疗法

过继细胞转移的目标是大大增加自然肿瘤特异性淋巴细胞的数量，使它们足够多，能够在患者免疫系统已经进行的战斗中获胜。然而，如果肿瘤特异性T细胞不存在或无法分离，这种类型的免疫疗法就会失败。此外，TILs只能破坏能够呈现TILs识别的肿瘤抗原的MHC分子的癌细胞——而癌细胞以突变以防止抗原呈现而闻名。此外，肿瘤在遗传上是异质的，因此一些肿瘤细胞可能表达TILs的目标抗原，而肿瘤中的其他细胞可能不表达。为了规避这些潜在问题，免疫学家正在探索使用基因工程“升级”患者的T细胞的方法，并使用这些操纵的T细胞治疗患者的癌症。

尽管正在使用多种不同的方法来工程化T细胞以对抗癌症，但迄今为止给出最佳结果的疗法被称为嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法。这个名字来自一个希腊神话生物，它有狮子的头、山羊的身体和龙的尾巴。CAR T细胞疗法的概念是使用基因工程修改患者的T细胞，使它们产生一个“人工”T细胞受体。像神话生物一样，这种合成TCR通常有三个部分：首先是显示在工程化T细胞表面的识别域，可以结合目标癌细胞上所需的表面抗原。这种识别域通常是从识别目标抗原的抗体分子中“借用”的单重/轻链结合区域。这种细胞外识别域连接到细胞内的第二种蛋白，包含T细胞的CD3ζ蛋白，可以发出目标受体已被接合的信号。为了提供必要的共刺激信号，CD3ζ蛋白与共刺激分子如CD28的信号域连接。这里的想法是CAR T细胞的识别域将识别目标细胞，CD3ζ蛋白将发送TCR接合信号，CD28域将提供所需的共刺激以激活T细胞，使其能够摧毁目标。非常神奇！

CAR T细胞是“设计型”T细胞，具有增强的能力。编码嵌合蛋白的基因通常被插入到慢病毒（例如，HIV-1的版本，经过修改使其非致病性）的基因组中，然后这种病毒被用来感染从患者血液中收集的T细胞。这种“载体”慢病毒可以将它的遗传信息，包括工程化的CAR结构，整合到被感染T细胞的基因组中，这样当细胞增殖时，其所有后代都会表达嵌合受体蛋白。感染病毒的T细胞随后在实验室中被迫增殖以增加它们的数量，并被输回患者体内。可以想象，这种类型的基因工程并不容易。CAR T细胞免疫疗法，其中T细胞被“重新利用”或“重定向”以摧毁癌细胞，是二十多年来成千上万小时研究的结果。

尽管CAR T细胞正在开发中，以识别癌细胞表面的各种抗原，但在临床上最成功的靶标是蛋白CD19。这种蛋白是B细胞共刺激受体的一部分，它与吞噬抗原结合，并使带有补体蛋白的抗原更容易激活B细胞。重要的是，CD19表达在大多数白血病和淋巴瘤的表面，CD19 CAR T细胞疗法已成功用于治疗两种B细胞恶性肿瘤：急性淋巴细胞性白血病和非霍奇金淋巴瘤。CD19 CAR T细胞疗法的目标是摧毁患者体内表达CD19的所有B细胞。这种蛋白在B细胞早期发育时出现在它们的表面，并一直表达到B细胞即将成为浆细胞。因此，耗尽表达CD19的B细胞的结果是，已经成为浆细胞的B细胞被保留，但尚未成熟到浆细胞阶段的B细胞（包括癌变的B细胞）被摧毁。当然，没有能够抵御新入侵者的B细胞并不是一件好事，因为它可能使患者面临危及生命的感染风险。因此，患者通常被给予丙种球蛋白以帮助他们抵抗感染。一项试验使用CD19 CAR T细胞免疫疗法治疗了45名患有急性淋巴细胞性白血病的儿童和年轻人。大约90%的人因治疗而进入缓解期，但大约一半的人在一年内复发。

CAR T细胞被设计为识别其目标细胞表面表达的抗原（例如，CD19）。因此，CAR T细胞的受体不需要识别由MHC分子呈现的抗原。这避免了癌细胞通过突变破坏抗原呈递机制来“隐藏”的问题。然而，许多在CD19 CAR T细胞疗法后复发的患者之所以复发，是因为CD19基因的突变使癌细胞对工程受体“隐形”。因此，逃逸突变仍然是CAR T细胞免疫疗法的一个问题。此外，抗原呈递的“魔力”部分在于，CTL能够查看通常在目标细胞内发现的肽。CAR T细胞的受体只能查看表面蛋白（例如，CD19），因此CAR T细胞疗法的潜在靶标数量有限。

在选择CAR T细胞疗法的最佳靶标时也必须非常小心。具有自然TCR的T细胞已经经历了严格的自我抗原耐受性测试，但CAR靶向域没有接受这种训练。因此，选择用于CAR T细胞消除的细胞必须是对人类健康非必需的细胞。而且CAR T细胞疗法并非没有副作用。大多数患者会经历某种程度的细胞因子释放综合征，这涉及到可能导致高烧、血压升高和器官功能障碍的全身性炎症反应。此外，大约三分之一的患者遭受神经系统问题，包括幻觉、谵妄和癫痫发作。幸运的是，在大多数情况下，这些副作用可以治疗以减轻其严重性。

到目前为止，CAR T细胞疗法的大多数成功案例都是与血细胞癌症（如白血病和淋巴瘤）相关的。对实体瘤的成功有限。一个原因是血细胞癌症比实体瘤更容易成为靶标，因为我们可以在没有某些类型的血细胞的情况下生存——至少是暂时的。相比之下，实体瘤表面的大多数“容易”靶标也存在于对生命至关重要的细胞上，针对这些共享抗原可能会导致危及生命的自身免疫。此外，CAR T细胞疗法对实体瘤的效力受到免疫抑制肿瘤微环境的抑制。而且，随着时间的推移，人工T细胞受体的表达水平减弱，这些工程细胞因试图摧毁肿瘤而变得筋疲力尽。CAR T细胞免疫疗法对实体瘤的有限成功是不幸的，因为实体瘤占所有癌症死亡的约90%。目前，CAR T细胞免疫疗法非常复杂，对患者来说很不愉快，通常用作对其他预后无望的人的“最后手段”。诺华公司的CAR T细胞治疗儿童晚期白血病是第一个使用工程化T细胞上市的治疗方法。这种免疫疗法可以导致持久的缓解甚至治愈。然而，由于CAR T细胞必须为每个患者定制，这种高度个性化的治疗成本很高：大约每位患者500,000美元。

其他利用免疫系统武器治疗癌症的方法正处于各种测试阶段。我们都可以希望这些实验能够成功，因为就目前而言，我们中有三分之一的人会得癌症。但请记住一件事：据估计，通过健康的生活方式可以预防20-40%的所有癌症。

回顾

杂交瘤是在实验室中通过融合产生所需抗体的B细胞和可以永生的癌性B细胞制成的。这些抗体工厂产生的单克隆抗体已被用于治疗自身免疫疾病和癌症。一些单克隆抗体阻断细胞因子或生长因子与其受体之间的相互作用。其他单克隆抗体识别细胞表面（例如，癌性B细胞）的抗原，并将这些细胞标记为摧毁目标。阻断CTLA-4和PD-1与其配体结合的单克隆抗体可以“重新激活”针对肿瘤特异性的T细胞。

T细胞也可以被操纵并用于治疗癌症。过继细胞转移使用从个体患者中分离出来的自然发生的肿瘤特异性T细胞（TILs），并在培养中增加它们的数量。CAR T细胞是“设计型”T细胞，具有增强的能力。它们是通过使用基因工程为T细胞配备人工T细胞受体制成的，这些受体可以识别癌细胞，而不需要MHC分子呈递抗原。

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