細胞因子助力腫瘤免疫療法：讓「冷腫瘤」熱起來！
腫瘤免疫療法的浪潮洶湧而至。靶向 PD-1/PD-L1，CTLA-4 等分子的檢查點抑製劑在腫瘤治療中大放異彩，象徵著腫瘤治療的新希望。然而只有一小部分病人都對檢查點抑製劑療法反應良好。為此腫瘤學家引入新的概念，把對此療法反應不好腫瘤的稱為「冷腫瘤」。而醫藥公司及投資人也開始從單一治療慢慢地聚焦在聯合治療的應用上。
本文將以細胞因子為例，深度探究如何調動免疫系統，讓「冷腫瘤」熱起來，以及專業分析細胞因子在腫瘤免疫療法應用中需要突破的瓶頸。
「冷腫瘤」和「熱腫瘤」
究竟要如何區分腫瘤的冷熱呢？
我們知道腫瘤的發展時刻受到免疫系統的監視，他們會想方設法的逃避免疫系統的追捕存活下來。科學家們很早就認識到腫瘤尤其是實體瘤更像是一種器官，在腫瘤細胞和正常組織相鄰的部位，形成了腫瘤生長的微環境。
微環境對腫瘤的存活和生長至關重要。免疫細胞是腫瘤微環境中的重要構成，包括 T 細胞， B細胞，樹突狀細胞（DC），自然殺傷細胞（NK），巨噬細胞等。免疫細胞需要浸潤到腫瘤內部起到殺傷效果。然而微環境中免疫細胞對腫瘤的浸潤程度，病人和病人之間差別很大，很大程度上決定了病人對檢查點抑製劑的反應。
根據免疫細胞對腫瘤的浸潤程度，腫瘤可以分為兩大類：熱腫瘤和冷腫瘤。
熱腫瘤是指那些已經引起機體的免疫反應，並有免疫細胞浸潤的腫瘤。這些腫瘤往往對免疫檢查點抑制療法反應良好。
反之，冷腫瘤是那些免疫細胞無法進入的腫瘤。冷腫瘤又可細分為免疫排外型，既免疫細胞雖然被召集在微環境但是無法進入腫瘤；以及免疫忽視型，既腫瘤被免疫細胞完全忽略，既不被召集也不被激活。相應的，冷腫瘤對免疫檢查點抑制療法反應較差。
圖片來源：Trends Cancer. 2017 Nov;3(11):797-808.
布局細胞因子，瞄準聯合用藥
如何改善檢查點抑製劑在「冷腫瘤」中的應用， 尋找合適的聯用是近期熱點之一。
今年 2 月 14 日，百時美施貴寶（BMS）斥巨資 36.3 億美元獲得 Nektar Therapeutics 的在研藥物 NKTR-214 的獨家開發權，其中包括 10 億現金，8.5 億股權，以及多達 17.8 億的各種里程碑付款，創下了生物製藥領域單個產品的最高紀錄。而 BMS 只要求 NKTR-214 將來銷售額的 35% 的分成，怎麼看都像是個賠本兒的買賣。
但 BMS 在下一盤大棋，NKTR-214 將和 BMS 旗下腫瘤免疫療法藥物 Opdivo（Nivolumab，PD1 抗體）以及 Yervoy （Ipilimumab，CTLA-4 抗體）聯用，在 9 種腫瘤，20 種適應症和多達 15000 病人中進行臨床試驗。一旦成功，絕對可以值回票價。
2017 年 11 月份 Nektar 公布的一個 38 人的一期臨床試驗數據顯示，NKTR-214 聯合 Opdivo 療法在黑色素瘤，腎細胞瘤和非小細胞肺癌患者中都體現很好的療效。讓人興奮的是，該聯用對 PD-L1低表達的「冷腫瘤」同樣有效。
Nektar Therapeutics 是一家成立於 1990 年的生物製藥公司，專註利用其特有的 PEG 修飾和聚合技術來研發和改造藥物。其研發管線中已有多個藥物在臨床試驗階段，並與製藥巨頭如禮來，BMS，Biogen，武田有深度合作。
自 2017 年 11 月公布 NKTR-214 和 Opdivo 聯用的臨床試驗數據以來，其股票價格已躍升 3 倍多，市值已接近 150 億美元，這對於一個還沒有成功藥物在市場上的公司並不多見。NKTR-214 是 PEG 化的細胞因子白細胞介素 2（IL-2），可激活免疫系統來達到消滅腫瘤的效果。
圖片來源：網路
同樣在 2 月份，一家位於波士頓的專註於腫瘤治療的公司Partner Therapeutics 宣布獲得賽諾菲公司的 Leukine（sargramostim）的全球授權。
Leukine 是一種免疫激活劑：重組人粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF），能夠刺激各種免疫細胞例如單核細胞、巨噬細胞、嗜中性粒細胞，尤其是樹突狀細胞（DC）的生長和活化的細胞因子。目前Leukine被批准的適應症主要是癌症化療和在用骨髓抑制療法時所引起的白細胞減少症。
Partner Therapeutics 打算擴大其適應症範圍，通過和檢查點抑製劑聯用來治療腫瘤。Leukine 聯合 BMS 的 Yervoy（CLTA-4 抗體）在一個二期臨床實驗中顯示了優於 Yervory 單用的療效，並且顯著增加了免疫細胞 PD-1 的表達。
細胞因子：免疫系統的重要調控者
讓冷腫瘤熱起來，關鍵是要激活被抑制的免疫系統，提高對腫瘤的浸潤。細胞因子是免疫系統重要的調節因素，控制著免疫細胞的增殖，分化和功效。基於他們的重要作用，科學家們很早就開始探索細胞因子在腫瘤治療中的應用。
下面我們以這 NKTR-214 和 Leukine 為例了解一下細胞因子如何給冷腫瘤「加熱」。
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NKTR-214 （IL-2）
腫瘤免疫療法的第一個有效案例就來自 IL-2。
1984 年 11 月，33 歲的美國海軍琳達-泰勒因為轉移性黑色素瘤參加了美國國立癌症研究院（NCI）的 IL-2 治療腫瘤的臨床試驗。儘管之前 80 個病人均治療失敗，奇蹟還是發生了在琳達身上。經過幾個月的治療，琳達體內的腫瘤消失了。30 年後她回到 NCI 與當時的醫生重逢，共同為宣傳推進腫瘤免疫治療努力。
IL-2 主要由經抗原刺激後的 CD4+ T 細胞產生，CD8+ T 細胞，NK 細胞和 DC 細胞也可以分泌。高劑量的 IL-2 可以促進 CD4+ T 細胞的分化，CD8+ T 細胞和 NK 細胞的增殖，增加他們的殺傷力從而調動機體的免疫反應。反過來，低劑量的 IL-2 會促進調節性 T 細胞的增殖，對免疫系統起到抑制的作用，因此低劑量的 IL-2 也常常用來治療自身免疫性疾病。
這個不同主要是因為免疫細胞表面 IL-2 受體分布不同，IL-2 受體共有三個亞基構成 α，β，? 亞基。CD8 +T 細胞和 NK 細胞等起殺傷性細胞表面受體主要是 β 和 ? 亞基構成（IL-2Rβ?），該受體對 IL-2 親和力較低，需要大劑量IL-2才能激活。而調節性T細胞表面多為α，β，? 三個亞基組成的高親和抗體（IL-2Rαβ?），低劑量的 IL-2 更容易激活他們從而起到免疫抑制的作用。
IL-2 早在 20 多年前就被批准治療腎細胞瘤和轉移性黑色素瘤，卻一直身處免疫治療的冷宮，鮮有使用。
究其原因主要是以下幾點：
一、有效率低，單用 IL-2 的有效率只能達到 15-20% 左右；
二、IL-2 功能雙面性，低劑量 IL-2 促進調節性 T 細胞的增殖引起免疫抑制，如何調和這兩個功能尚待解決；
三、半衰期短，只有幾分鐘，想要持續起效必須要大劑量給葯；
四、不良反應嚴重，過度激活的免疫系統有可能會攻擊自身臟器造成器官衰竭，劑量窗口比較窄。
為了提高 IL-2 的療效，降低不良反應，科學家們還嘗試了各種聯用方案，比如 IL-2+干擾素，IL-2+淋巴因子激活的殺傷（LAK）細胞療法，IL-2+化療等，效果均不理想。直到 IL-2 遇到免疫檢查點抑製劑，治療的有效率有了很大的提升。但是如何選擇性激活殺傷細胞而不是調節性T細胞，一直是個亟待解決的問題。
那麼 NKTR-214 有有何獨特之處？
NKTR-214 是 PEG 化的 IL-2，原葯的活性很低。六個 PEG 鏈被巧妙的連接在 IL-2 中可以結合 IL-2Rαβ? 高親和抗體 α 亞基的部位，使得 PEG 化後的 IL-2 更傾向於結合在殺傷性免疫細胞中的 IL-2Rβ? 類受體。隨著 PEG 逐個被降解掉，藥物的活性得到緩慢的釋放。
NKTR-214 解決了 IL-2 在腫瘤治療中的兩大痛點：一是通過 PEG 降級達到了藥物緩釋的效果，從而大大提高了耐受性；二是提高了對殺傷性免疫細胞的選擇性，增加了微環境中免疫細胞 PD-1 的表達量，從而讓冷腫瘤熱起來。
圖片來源：https://doi.org/10.1371/journal.pone.0179431
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Leukine: GM-CSF
DC 細胞在腫瘤免疫中起著關鍵作用：DC 細胞處理腫瘤抗原後會分化成熟，然後將抗原遞給淋巴結里的 T 細胞使其變成抗原特異性 T 細胞進入微環境殺滅癌細胞。
GM-CSF 可以促進包括 DC 的擴增和活化，並增強其向 T 細胞呈遞腫瘤抗原的能力。此外 GM-CSF 還能活化巨噬細胞，粒細胞等骨髓細胞並保證中性粒細胞和嗜酸性粒細胞的存活。因此 Leukine 最開始被批准的適應症是各種原因引起的白細胞降低。
鑒於其對 DC 細胞的作用，GM-CSF 也常常被用來設計腫瘤疫苗。
2010 年，Dendreon 歷時 20 年研發的第一款腫瘤疫苗 Provenge 獲批上市，用於晚期前列腺癌的治療。Provenge 的設計思路是將前列腺癌特異性抗原前列腺酸性磷酸酶（PAP）和 GM-CSF 連接在一起（PAP-GM-CSF），提取患者的 DC 細胞，用 Provenge 處理活化後回輸給病人。被活化的 DC 細胞就可以將前列腺癌特異性抗原呈遞給 T 細胞，達到特異性殺滅腫瘤的效果。
然而由於其治療手段過於複雜，加之醫保不願為其買單，上市後銷量慘淡，Dentreon 更是以破產收場，幾經易手，去年被三胞集團收購。
腫瘤疫苗研究深受打擊，直到 2015 年安進公司的 talimogene laherparepvec（T-VEC）成功用於首次手術後複發的黑色素瘤患者不可切除病灶的局部治療，才再次讓人們看到 GM-CSF 的希望。T-VEC 是經過基因改造的皰疹病毒 herpes simplex 1，可以特異性的在腫瘤細胞中大量複製並釋放 GM-CSF，激活微環境中的免疫細胞從而起到殺滅腫瘤的作用。
另一種基於 GM-CSF 的技術是 GVAX，通過基因改造從病人身上分離出來的腫瘤細胞，使其大量表達 CM-CSF，再通過輻射使其喪失分裂能力後再回輸給病人。我們不妨將 Leukine， Provenge, T-VEC 和 GVAX 視為 GM-CSF 的不同劑型。
GM-CSF 單用治療腫瘤的效果並不明朗。儘管在一個小規模的二期臨床實驗中皮下注射 Leukine 提高了總生存期，但之後 743 黑色素瘤病人參與三期臨床試驗卻沒能達到主要終點，並沒有顯著提高總生存期。之後也有臨床試驗將 Luekine 做成霧化吸入劑來治療癌症的肺部轉移，效果也不理想。
但是，GM-CSF 在和檢查點抑製劑聯用中起到了「加熱」冷腫瘤的效果，讓人看到了這個老葯的潛力。Leukine 和 Yervoy (CTLA-4抗體)聯用顯著延長了 3-4 期黑色素瘤病人的總生存期。機理可能是 Leukine 增加了腫瘤微環境中 DC 的數量和活性，進一步激活了殺傷性免疫細胞。
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其他細胞因子
另外，其他一些在免疫激活中起著重要作用的細胞因子在和檢查點抑製劑的聯用中也顯示了療效的提升。下表中列出了正在臨床試驗的細胞因子和檢查點抑製劑的聯用方案：
來源：clinicaltrials.gov
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其他方法加熱冷腫瘤
除了和細胞因子聯用，還有很多方法可以給腫瘤加熱。
比如兩種檢查點抑製劑聯用，聯用免疫趨化因子，CAR-T ，放療，化療，溶瘤病毒，吲哚胺2,3雙加氧酶抑製劑（IDOI），干擾素基因刺激蛋白（STING）激動劑，T 細胞免疫受體 TIGIT 抗體，維甲酸誘導基因 I（RIG-I）激動劑等。我們會在接下里的文章里繼續討論。敬請關注。
細胞因子在腫瘤免疫療法中的挑戰
當然，雖然樂觀，細胞因子在助力腫瘤免疫療法還有一些瓶頸有待突破：
第一， 系統性給葯，比如靜脈或皮下給葯，很難讓細胞因子在腫瘤微環境中達到理想的起效濃度。這個問題可以通過腫瘤內注射，或者將腫瘤特異性抗體和細胞因子融合以起到腫瘤內富集的作用。
第二， 細胞因子常常有雙向作用，在一定條件下會引起免疫抑制。比如 IL-2 在低濃度會選擇性的激活調節性T細胞，只在高濃度下激活殺傷性免疫細胞。NKTR-214 就是通過 PEG 化 IL-2 來提高對殺傷性免疫細胞的選擇性。此外， 大劑量 GM-CSF 也在幾個臨床實驗中顯示了抑制免疫的反應，這些藥物的劑量窗口需要進一步研究。
第三，作用時間短。可以對藥物進行修飾，或者載入不同的劑型實現藥物的長時間緩釋，從而維持一定的治療時間。
第四，不良反應嚴重。人體免疫系統複雜而敏感，稍有不慎可能會引發細胞因子風暴（cytokine storm），過度激活免疫系統，造成自身器官的損傷。即便有 TGN1412 造成 5 人死亡的前車之鑒，IL-12 在一個二期臨床中還是造成了 12 人重症住院和 2 人死亡的事故。這要求我們對免疫系統有更清楚的認識。
結語
細胞因子在免疫系統中的重要性毋庸置疑。在檢查點抑製劑尋求聯用提高療效的大潮中，細胞因子助力冷腫瘤變熱必將成為一個熱點。隨著我們對免疫系統更深入的了解，相信更多的細胞因子會被推向腫瘤治療的臨床試驗。細胞因子也將在腫瘤疫苗和溶瘤病毒的設計中佔有很大的席位。另外一個思路則是通過改造細胞因子，達到提高特異性，降低毒性，以及緩釋的效果。Nektar 公司的成功是個很好的借鑒。
參考文獻：
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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28159861
https://www.nature.com/articles/nrd4596
本期作者：任曉遠
本科畢業於北京大學藥學院，於瑞典卡羅林斯卡醫學院獲得碩士和博士學位。現就職於卡羅林斯卡醫學院，從事抗腫瘤和抗生素藥物研發相關課題，長期關注醫藥行業研發動態，同時擔任北歐華人創新創業協會秘書長。
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