【2.1】个性化新抗原肿瘤疫苗的研究进展和挑战

疫苗传统上用于预防传染病;然而,这种药物诱导和扩增抗原特异性免疫反应的能力长期以来被认为是治疗癌症的一种潜在的有价值的工具。早期治疗性疫苗接种策略集中于肿瘤中异常表达或过度表达的自身抗原,称为肿瘤相关抗原(TAA)

  • 然而这种策略由于TAA特异性T细胞受中枢和/或外周耐受的影响,临床基本上是不成功的。
  • 另外,这种TAAs在非恶性组织中也有一定程度的表达,这增加了疫苗诱导自身免疫毒性的风险。

肿瘤细胞中发生的突变可以产生新的自身抗原表位,称为新表位或新抗原。基于新抗原而非传统TAAs的疫苗有几个优点。

  • 新抗原仅由肿瘤细胞表达,因此可以引发真正的肿瘤特异性T细胞反应,从而防止对非肿瘤组织的“脱靶”损伤。
  • 新抗原是源于体细胞突变的新表位,它有可能绕过T细胞对自身表位的中心耐受,从而诱导对肿瘤的免疫反应。
  • 这些疫苗增强的新抗原特异性T细胞反应持续存在并提供治疗后免疫记忆的潜力,这为长期预防疾病复发提供了可能性。

一、免疫原性新抗原的鉴定

为了识别肿瘤特异性的体细胞突变,从患者身上采集肿瘤活检样本和非肿瘤组织样本(通常是外周血单个核细胞),以进行肿瘤和种系DNA的全外显子序列测定。另外,RNA测序提供了关于突变基因表达和进一步确认突变的有效信息。根据肿瘤类型,通常可以识别出大量肿瘤特异性突变;然而,并非所有突变都会导致新表位被免疫系统识别的,这是由于HLA的限制。已知HLA-A、HLA-B、HLA-C等位基因共有16000多个,因此,在预测潜在的免疫原表位的时候,需要考虑HLA分型。

用计算方法预测MHC-I结合表位,与HLA有较强亲和力(IC50<150 nmol/l)的肽被认为更有可能诱导CD8+T细胞应答。目前,各种预测MHC-I递呈表位的各种计算方法已被开发,包括利用质谱进一步改进预测算法。然而,迄今为止,表位预测方法主要集中在MHC-I结合表位上,MHC-II更具弹性的结合表位使其表位预测更加复杂。

除了计算方法之外,诱导新抗原特异性免疫反应的另一种方法是使用肿瘤裂解物。自体APCs,通常是DCs,可以从患者体内分离出来,暴露于肿瘤溶解物中,然后再注射回患者体内,目的是刺激对TAAs或新抗原的免疫反应。这种方法避开了鉴定患者特异性新抗原所需的测序和计算分析。然而,TAAs不太可能具有免疫原性,此外,由于非免疫原性自身抗原的丰度较高,可能降低相关新表位刺激免疫反应的能力。

二、免疫原性新抗原的质量

新抗原平台的成功在很大程度上取决于肿瘤突变负荷(TMB),可以合理地假设TMB高的肿瘤可能具有相应的高数量的肿瘤新抗原,可用于疫苗靶向,并对ICI有更好的反应。

然而,高TMB的发生并不总是与ICI的反应一致。除了肿瘤内在的耐药机制,造成这种差异的其他原因可能直接与新抗原的“质量”有关,即新抗原对肿瘤产生最终TH1细胞和/或CTL反应的能力。

新抗原的“质量”包括:

  1. 外源度,即衡量新抗原与野生型蛋白质相比的异源性,内源性越强免疫原性越弱,越容易通过免疫耐受清除;
  2. 克隆分布,克隆突变导致大多数肿瘤细胞表达新抗原,而低分布的突变更可能在ICI的选择压力下失去表达;
  3. 肿瘤的突变状态,相比于乘客突变,驱动突变更不容易发生逃逸;
  4. MHC递呈分子的亲和力与表达;
  5. TCR与MHC复合物的亲和力。

三、新抗原疫苗方案的考量

在设计治疗性疫苗接种方案时应考虑多种因素。

在样本收集之后,生成个性化疫苗所需的时间是一个关键因素,特别是在转移性疾病环境中;生产时间取决于疫苗平台的选择,然而,在设计和制造个性化疫苗的同时,可以对患者实施组合疗法,以培养有利的免疫环境。也可以在接种疫苗时或接种疫苗后给予辅助治疗,以增强免疫反应。

其他变量包括疫苗和任何联合疗法的给药途径,以及加强疫苗接种的数量。在疾病复发的情况下,可以重复进行肿瘤DNA测序,疫苗诱导的T细胞反应可以通过血液和肿瘤样本来评估,从而为后续治疗提供决策依据。

三、新抗原疫苗的临床进展

目前,已有多个性化新抗原疫苗临床试验中在进行中,这些初步研究为个性化新抗原肿瘤疫苗的免疫原性和治疗潜力提供了重要的线索。

这些初步的临床试验大多在所有肿瘤都已手术切除,没有任何额外的标准治疗情况下进行,仅能使用试验疫苗。鉴于针对PD-1或PD-L1的ICI在癌症中具有广泛的临床疗效,个性化新抗原疫苗联合PD-1或PD-L1抑制剂是目前的发展方向。多个正在进行的临床试验正在将个性化新抗原疫苗与PD-1、PD-L1和/或CTLA4抑制剂在不同肿瘤类型联合应用。

GEN-009是一种个性化的新抗原疫苗,包含4-20个使用ATLAS表位发现平台选择的合成长肽,使用poly-ICLC制剂。在一项正在进行的多中心I/IIa期研究(NCT03633110)中,8名具有高复发风险的实体瘤患者接受了GEN-009,对疫苗的耐受性良好,仅报告了局部注射部位的不适。发现所有患者对至少一种新抗原有外周血CD4+T细胞和CD8+反应,99%的肽刺激T细胞反应,值得注意的是,T细胞反应通常持续12个月以上。这项试验的进一步数据还包括一组晚期疾病患者,他们正在接受GEN-009与PD-1抑制剂的联合使用。

RO7198457是一种编码多达20种新抗原的个性化RNA-lipoplex新抗原疫苗,在Ib期研究中(NCT03289962),对132例晚期实体肿瘤患者进行了与atezolizumab的联合试验。结果显示,77%的患者在体外检测到循环T细胞对中位数为2.6的新抗原的反应。在外周血中检测到疫苗特异性CD8+T细胞的频率>5%,在接种后的肿瘤标本中也检测到疫苗特异性TCR。

mRNA-4157是另一种脂质包裹的RNA新抗原疫苗,已在13例高危可切除实体瘤患者中作为单一疗法进行试验,并与pembrolizumab联合治疗20例不能切除的晚期实体瘤患者,后者包括12名在ICI治疗前有疾病进展的患者(NCT03313778)。未观察到剂量限制性毒性或3-4级不良事件。在联合治疗的20名患者中观察到6项临床反应(ORR 30%),其中包括12名先前接受ICIs治疗的患者中的2名(17%)。

四、新抗原疫苗的挑战

尽管部分新抗原疫苗初步临床试验数据显示出强有力的免疫原性和靶向肿瘤细胞杀伤的证据,但相对更大比例的疫苗新表位没有刺激T细胞反应。癌症疫苗研究领域的首要挑战是提高我们对如何诱导T细胞应答,特别是CD8+T细胞的最大激活和扩增的能力。

为了实现这一目标,可能需要促进APC功能和淋巴结中T细胞最佳启动的补充疗法。有可能实现这一点的包括ICIs、共刺激受体激动剂(如CD40)、TLR激动剂和支持DC发育和/或功能的生长因子(如GM-CSF)和Fms相关酪氨酸激酶3配体(FLT3L)。

另一个挑战是如何确定疫苗递送系统,使疫苗能够快速、经济有效地生产,从而及时部署。不同的疫苗形式,包括肽、RNA、DNA、病毒结构或DC,各有优缺点;然而,缺乏对这些不同方法在患者中的头对头比较。

ICI给药和治疗性疫苗接种的时间是另一个重要考虑因素。将ICIs与治疗性疫苗接种方案相结合可能是有益的,但需要仔细考虑最合适的成分治疗惯序。

五、小结

快速而全面地鉴定肿瘤特异性突变的能力为肿瘤疫苗领域提供了长期难以找到的肿瘤特异性靶点。初步研究表明,个性化的新抗原疫苗可以为肿瘤患者带来显著的临床收益,但个性化的新抗原肿瘤疫苗仍面临诸多挑战,最终我们需要开发稳定、安全并能够最大程度诱导T细胞应答的治疗策略。目前,许多利用不同疫苗递送平台和联合疗法的研究正在进行中,结果值得期待。

参考资料

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