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从魏则西到Emily Whitehead 看肿瘤免疫细胞疗法的巨大突破

来源:医药魔方数据 2017-10-15 14:19





2016年2月,西安电子科技大学学生魏则西在知乎上一个「你认为人性最大的“恶”是什么」这个问题后面留下了自己的答案。

魏则西是陕西咸阳人,家中独子,大二时被诊断患有晚期滑膜肉瘤。在经历了手术、化疗、放疗后病情依然没有好转。他的父母通过某知名搜索引擎搜索资料,希望寻找救命的办法。搜索引擎第一条推荐的是某医院的肿瘤生物免疫疗法(DC-CIK疗法)。在花费了巨额的医疗费用之后该疗法并没有产生预期的治疗效果,反而病情恶化,几个月后肿瘤就转移到了肺部。

2016年4月12日,魏则西去世。该事件在网络上迅速发酵,并将某科技互联网公司,某些民营医院,以及肿瘤生物免疫疗法推到了风口浪尖之上。然而魏则西当时并不知道,在地球另一端的美国费城儿童医院,一位6岁的小女孩却有着与他完全不同的命运。

Emily Whitehead患有急性淋巴细胞性白血病,并且已经复发了两次。医生在尝试了所有可能的治疗方案之后仍然无法找到有效治疗方法。但她的父母并没有放弃,决定让Emily参与一项CAR-T疗法的临床试验。经过治疗之后Emily体内的肿瘤细胞完全消失,直到五年之后的现在疾病仍然没有复发。

两种疗法,两种完全不同的结局。也许我们对此有无数种解释,但两人使用的DC-CIK与CAR-T疗法之间的差异,却是肿瘤免疫细胞疗法在过去几十年内巨大突破的最好诠释。

I

免疫学的发展经过了非常漫长的过程,长久以来人们对于免疫系统的认识都非常粗浅。虽然人们很早以前就已经意识到了IL-2作为细胞因子的重要性,但它的作用知道的却并不多。60年代的研究发现IL-2可以促进淋巴细胞的增殖。到了70年代医生们开始研究使用IL-2治疗癌症的有效性。而重组DNA技术的发展也使大量生产该细胞因子成为了可能。当时发现大剂量的重组IL-2(RIL-2)对一小部分的黑色素瘤以及肾细胞癌患者非常有效。

而Steven Rosenberg与他的同事发现体外培养的外周血淋巴细胞经IL-2激活扩增后能够有效杀灭未经培养的原代肿瘤细胞,他们把这些细胞称为LAK细胞(Lymphokine-activated killer cell, 淋巴因子激活的杀伤细胞)。这些细胞在回输至患者体内后能够广谱地杀伤肿瘤细胞。LAK细胞能够杀灭不表达MHC的肿瘤细胞,而且LAK与自然杀伤细胞(NK cells)有明显的区别,能够杀灭NK细胞无作用的肿瘤细胞。更重要的是NK细胞对正常细胞无活性。

但Rosenberg发现单纯使用LAK细胞治疗晚期癌症的病人并不能产生很好的效果,单独使用RIL-2能够剂量依赖性的缩小一些晚期癌症患者的肝脏转移肿瘤。但如果联用RIL-2和LAK细胞,却能够提高IL-2的有效率,显着缩小肝脏转移肿瘤

与此同时研究人员发现该疗法毒性过大,很多患者会产生严重的液体潴留。虽然存在副作用的问题,但该疗法证明了免疫细胞对抗肿瘤的作用。在LAK细胞疗法的鼓舞下,Rosenberg决定尝试其他类型的免疫细胞。

这一次Rosenberg没有在外周血中提取淋巴细胞,而是选择从手术切除的肿瘤组织中提取。很多肿瘤患者的肿瘤内存在淋巴细胞浸润,而肿瘤内淋巴细胞浸润的患者预后往往更好,所以该直接从肿瘤提取淋巴细胞可能是一个不错的选择。

Rosenberg发现这些提取的肿瘤浸润淋巴细胞(TIL) 在动物模型中比LAK杀灭肿瘤细胞的能力强50到100倍。他将该疗法称为TIL疗法:从肿瘤附近组织中分离出TIL细胞,加入IL-2进行体外扩增后再回输到患者体内,从而扩大免疫应答治疗原发或继发肿瘤

接下来Rosenberg采用该疗法治疗了黑色素瘤患者,并于1988年在新英格兰医学杂志发表了试验结果。15名转移性黑色素瘤患者在使用TIL细胞联合IL-2以及环磷酰胺治疗后,9位产生了客观应答,缓解时间为2-13个月。试验中发现了IL-2相关副作用,但在停用之后得到缓解。该临床试验首次证实了TIL治疗转移黑色素瘤的疗效。

II

除了以上两种疗法外,应用于肿瘤治疗的免疫细胞还包括树突状细胞(DC cells),CIK细胞,自然杀伤 (NK) 细胞,以及以此衍生出的其他细胞联用,比如DC细胞联合CIK细胞 (DC-CIK),CIK-NK细胞交替等等。这些技术的操作差别并不很大,都是在抽取病人外周血之后对淋巴细胞进行分离,并在体外进行培养、扩增,然后回输给肿瘤患者。

虽然这些技术本身的安全性比较好(TIL疗法的副作用主要是由IL-2产生的),但这些分离并经过体外培养的淋巴细胞中大部分并不具有杀伤肿瘤细胞的作用,所以疗效难以保证。但由于其较高的安全性,在国内该类疗法一直比较流行。例如魏使用的DC-CIK技术,但该项技术比较有中国特色,如果在PubMed以DC-CIK为关键词进行检索的话,会发现该领域几乎所有文章都是中国人发表的(至少没看见类似外国人名字的作者出现)。国家卫计委在魏事件后也多次发布消息称该疗法存在细胞制备质量参差不齐、特异性不强、个体疗效差异大等问题,且还不具备进一步广泛临床应用的条件,需要进一步深入研究。

肿瘤相关免疫细胞疗法总结

但Rosenberg很早之前就发现T细胞与其他类型的淋巴细胞在杀伤肿瘤细胞的能力上存在很大差异,比如上文提到的含有大量T细胞的TIL。而在2002年,该领域迎来了一个重要突破。

虽然TIL疗法治疗黑色素瘤患者有一定的疗效,但通常病人的响应时间比较短,而且回输至患者体内的细胞几天之后就消失的无影无踪,无法在患者的循环系统内找到他们的踪迹。

Rosenberg发现如果小鼠在回输免疫细胞之前进行预处理,清除小鼠体内的淋巴细胞,能够显着提高该疗法的疗效。其原理可能是清除了Treg,破坏了T细胞调控稳态,或消除了体内T细胞的功能抑制状态。该策略也在临床试验中得到证实:在转移性黑色素瘤患者回输具有杀伤肿瘤作用的T细胞之前,如果采用环磷酰胺和氟达拉滨进行预处理,能够显着延长回输T细胞体内的存活时间以及增殖能力,提高病人缓解率。

TIL疗法仅对黑色素瘤患者的疗效比较显着,但接下来出现的两项非常重要的疗法(TCR-T和CAR-T) 使免疫细胞疗法的治疗领域扩展到了其他癌症类型。之后如果有机会的话会对CAR-T 、TCR-T进行详细介绍,在此处仅简单介绍这两种疗法的主要区别。CAR-T、TCR-T疗法首先需要从病人体内提取T细胞,然后在实验室中对T细胞进行基因组修饰,使T细胞表面能够表达特定蛋白受体。TCR-T细胞表面的受体属于T细胞受体,能够通过结合MHC上的蛋白片段来识别抗原。而该蛋白片段来源于细胞内的抗原消化过程,所以TCR-T细胞能够识别细胞内存在的抗原,比如NY-ESO-1。而CAR-T细胞表面的嵌合抗原受体识别不依赖MHC,其作用机制与抗体与抗原的识别类似,能识别细胞表面抗体,比如CD-19。

III

85%的ALL儿童患者在经历2年的标准化疗之后可以被治愈,但有15%的患者即使使用最高强度的化疗方案也依然无法缓解病情。一开始Emily的医生以为她患的只是普通的白血病,然而在疾病复发之后医生意识到她的ALL并没那么容易治疗。

Emily的父母对她下一步治疗方案的制定感到万分忧虑,他们决定咨询其他医生的意见。然而费城儿童医院的Rheingold医生给出的治疗建议与Emily当时的主治医生一致:希望Emily能够进行下一轮更高强度的化疗。但Rheingold医生同时也说,如果他们想选择其他治疗方案的话她也能够帮助他们。

Emily的父母接受了他们的建议进行了化疗。但仅仅4个月之后Emily就出现第二次复发,并且病情迅速恶化。此时Emily的父母意识到他们必须更换主治医生,并寻找不同于普通化疗的、更加前沿的治疗手段。在确定无法进行骨髓移植之后费城儿童医院给出的建议是参加一项CAR-T疗法的临床试验。该疗法需要对T细胞进行基因改造使其能够识别CD19,在体外培养完成的T细胞回输至体内之后使这些T细胞能够识别B细胞表面的CD19,从而引发杀灭癌变B细胞的免疫反应。

在此之前已有3位成年病人被招募进入该临床试验,而且这几位患者对该疗法的响应非常好。但儿童患者对CAR-T疗法的效果如何却没有人知道。在与费城儿童医院的Rheingold和Stephan Grupp医生交流之后Emily的父母决定冒险让她参与该临床试验。如果这一次不成功,Emily大概就只剩下几个月的生命了。

4周之后,T细胞制备完毕。2012年4月17日,Emily成为第一个接受T细胞疗法治疗的儿科患者。Grupp医生计划分三次将CAR-T细胞输入她体内。在初次输入10%的T细胞之后的第二天Emily接受了第二次治疗,这一次医生向她体内输入了30%的CAR-T细胞。

Grupp医生说在回输T细胞的几天后Emily可能会产生类似流感的症状,之前的三位病人也产生了同样的反应。但令人意想不到的是,Emily的症状却比医生预想的要严重的多。

2012年4月18日,Emily接受了第二次治疗之后在父母的陪伴下开心的回到家中。晚上的时候Emily的心情特别好,还一直缠着她父亲Tom,想骑在他背上玩骑大马。但到了半夜,Emily忽然开始发烧。她的父母迅速将她送到费城儿童医院的急诊。之后医院迅速召集了多名医生机体会诊,而此时Tom站在一旁,看着自己的女儿手腕、大腿动脉以及颈动脉被切开,并插入17根IV管以维持她的生命。

医生对Emily的父母说他们从未见过并且如此病重的病人,Emily大概挺不过这一晚了。虽然他们很清楚Emily的病情是由输入的T细胞导致的,但并不清楚她的体内到底发生了什么变化。Emily的妈妈坐在她的床边,安静的看着床边的呼吸机,她坚信不可能就这样结束,绝不可能。

此时Carl June的医护团队也没有放弃,加紧进行另一次血液检查以明确Emily体内的免疫反应。检查结果令医生们感到非常诧异,Emily体内的IL-6高出正常值近一千倍。医生们推测IL-6正是导致Emily病情如此严重的原因。幸运的是Carl知道如何应对,他的女儿因患有类风湿正在使用一款IL-6抑制剂tocilizumab。虽然tocilizumab从未被用于癌症患者的治疗,疗效和安全性难以保证,但即使用了tocilizumab,Emily的病情也没办法更糟糕了。

在Emily的治疗过程中,确实有极大的运气和偶然因素存在。在Grupp给Emily使用了tocilizumab之后,Emily的反应简直令人难以置信。ICU的医护人员说,他们从来没有见过如此病重的人能够在如此短的时间内快速恢复,几个小时内Emily的病情便迅速缓解。

一周之后Emily在她7岁生日的那天醒来。重症监护室的医护人员为她唱起了生日快乐歌。虽然闯过了鬼门关,但医生们依然不知道回输的T细胞是不是能够对她的癌症产生作用。

3周之后,医生们对Emily进行了骨髓检查,结果是阴性,Emily的白血病消失了。Grupp医生说,是CAR-T疗法救了Emily,但同时Emily也拯救了CAR-T疗法,如果Emily去世的话大概CAR-T疗法也不会存在了。

直到现在Emily的ALL依然没有复发。2015年1月27日,Emily的父母与Emily共同成立了EmilyWhitehead基金以支持儿科癌症的研究。2017年8月30日,FDA批准诺华的CAR-T疗法Kymriah上市(见:重磅!FDA正式批准诺华CAR-T产品上市!)。

很多制药相关行业的从业人员平常鲜有机会直接接触病人,但我想每个了解Emily故事的人都很难不被感动,每个知晓魏则西遭遇的人也很难不感到痛心。但在看到FDA批准Kymriah上市的消息后,有多少人希望国内的患者也能尽早受益,又有多少人在感叹中美细胞治疗领域的差距呢?

其实国内CAR-T领域的研究实力不容小觑,中国的CAR-T临床研究数量已经与美国并驾齐驱,成为世界第一梯队。(生物谷Bioon.com)

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