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腫瘤免疫治療中的新抗原

近幾十年來,腫瘤免疫治療顯示出巨大的抗癌潛力,免疫系統(tǒng)被激活以靶向惡性腫瘤。腫瘤免疫治療的臨床結(jié)果取決于腫瘤特異性抗原的存在,這是基于T淋巴細(xì)胞腫瘤免疫治療的核心。

通常,CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞表面的TCR分別識(shí)別主要組織相容性復(fù)合體(MHC)I和II類分子遞呈的抗原(Ag)或表位。當(dāng)MHC–Ag–TCR三級(jí)復(fù)合物作為識(shí)別信號(hào)與共刺激信號(hào)(CD28-CD80/CD86之間的相互作用)形成時(shí),它們可以觸發(fā)T細(xì)胞中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),然后破壞靶細(xì)胞。

腫瘤抗原有三種主要來源:腫瘤相關(guān)抗原(TAAs)、致癌病毒衍生抗原和腫瘤特異性抗原(TSA、新抗原)。下表總結(jié)了三種腫瘤抗原的特征。

新抗原是一種來源于非同義突變的腫瘤特異性抗原,是腫瘤免疫治療的非常有吸引力的靶點(diǎn)。由于下一代測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用,通過描述腫瘤組織內(nèi)的遺傳改變、異常轉(zhuǎn)錄后mRNA處理和異常mRNA翻譯事件來計(jì)算預(yù)測(cè)新抗原已成為可能。因此,以新抗原為基礎(chǔ)的療法,如癌癥疫苗,已在臨床試驗(yàn)中得到廣泛測(cè)試,并已證明具有良好的安全性和有效性,為腫瘤免疫治療開辟了一個(gè)新紀(jì)元。

新抗原的鑒定

與TAA不同,TSA/新抗原是從腫瘤基因組的遺傳改變中獲得的突變肽,在腫瘤細(xì)胞中特異表達(dá),在正常組織中不存在,因此顯示出很高的腫瘤特異性并降低了非靶向毒性。基于新抗原的個(gè)性化免疫療法可以激發(fā)針對(duì)腫瘤細(xì)胞的強(qiáng)大的抗腫瘤免疫反應(yīng)。

新抗原鑒定依賴于來自對(duì)腫瘤和正常組織的DNA和RNA樣本的高通量測(cè)序數(shù)據(jù)。通過使用生物信息學(xué)方法分析全外顯子組測(cè)序(WES)和mRNA轉(zhuǎn)錄組測(cè)序(RNA Seq)數(shù)據(jù),可以確定可能導(dǎo)致新抗原表位的DNA和RNA水平突變。

通常,非同義單核苷酸變異(SNV)和DNA插入或缺失是新抗原預(yù)測(cè)的主要來源。然而,僅僅關(guān)注這兩種類型的突變往往會(huì)低估腫瘤潛在的新抗原,新抗原也可以來源于許多其他類型,包括(1)基因融合事件;(2) 剪接位點(diǎn)產(chǎn)生突變(SCM);(3) mRNA內(nèi)含子保留;以及(4)內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座。值得注意的是,來自其他類型突變(如基因融合和SCM)的新抗原往往比SNV衍生的新抗原更具免疫原性。

此外,與新抗原免疫原性相關(guān)的重要數(shù)據(jù)還包括:(1)患者的突變肽和HLA等位基因之間的親和力;(2) 肽HLA復(fù)合物的結(jié)合穩(wěn)定性以及(3)宿主基因的表達(dá)。除了來自WES和RNA-Seq數(shù)據(jù)的特征外,描述突變肽和T細(xì)胞受體之間識(shí)別潛力的其他特征也可納入新抗原預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

合成長(zhǎng)肽(SLP)疫苗

基于新抗原的腫瘤治療主要包括合成長(zhǎng)肽(SLP)疫苗、核酸(DNA/mRNA)疫苗、基于樹突狀細(xì)胞(DC)的疫苗、基于新抗原特異性TCR-T細(xì)胞的治療以及與公共新抗原相關(guān)的雙特異性抗體;谶@些個(gè)性化新抗原療法的臨床試驗(yàn)已在全球晚期癌癥患者中進(jìn)行。

目前,基于合成肽的新抗原疫苗已在多個(gè)臨床試驗(yàn)中得到應(yīng)用,一些臨床試驗(yàn)已經(jīng)顯現(xiàn)出多肽腫瘤新抗原疫苗的抗腫瘤效力。NeoVax是一種針對(duì)黑色素瘤患者的個(gè)體化新抗原肽疫苗,在一項(xiàng)1期臨床試驗(yàn)中(NCT01970358),選擇經(jīng)病理證實(shí)為IIIB/C和IVM1a/b期高危黑色素瘤患者,術(shù)后中位數(shù)18周后接受NeoVax治療。以20種新抗原為靶點(diǎn)的個(gè)體化肽疫苗由聚ICLC配制而成,聚ICLC是一種合成的雙鏈RNA(dsRNA)模擬物,可刺激TLR3和MDA5。通過刺激MDA5,Poly-ICLC可有效誘導(dǎo)IFN-I和IL-15。它還可促進(jìn)T細(xì)胞擴(kuò)增和增強(qiáng)T細(xì)胞浸潤(rùn),使其成為肽癌疫苗的有效佐劑。

2021年,研究公布了8名參與本試驗(yàn)的黑色素瘤患者的隨訪結(jié)果,平均隨訪時(shí)間為55個(gè)月。結(jié)果顯示,所有8名患者均存活,6名患者沒有活動(dòng)性疾病的跡象。對(duì)患者外周血中T細(xì)胞的測(cè)試表明,接種NeoVax疫苗后,黑色素瘤患者的新抗原特異性T細(xì)胞反應(yīng)持續(xù)數(shù)年,并且新抗原特異性T細(xì)胞表現(xiàn)出記憶表型。

此外,研究還發(fā)現(xiàn),NeoVax可以誘導(dǎo)T細(xì)胞反應(yīng)的表位擴(kuò)散,這也意味著腫瘤特異性細(xì)胞毒性范圍的拓寬。然而,本研究中的三名患者在接種后26、40和40個(gè)月復(fù)發(fā),另外兩名患者在接種后不久復(fù)發(fā),但在抗PD-1 抑制劑pembrolizumab治療后,他們很快獲得完全緩解。

Ib期臨床試驗(yàn)(NCT02897765)研究了個(gè)性化新抗原疫苗NEO-PV-01與PD-1阻斷劑聯(lián)合治療晚期黑色素瘤、非小細(xì)胞肺癌或膀胱癌患者的療效。在本試驗(yàn)中,新抗原肽與佐劑聚ICLC混合皮下注射,Nivolumab在疫苗接種期間持續(xù)使用。結(jié)果顯示,黑色素瘤、非小細(xì)胞肺癌和膀胱癌患者的總體響應(yīng)率分別59%, 39%和27%,中位無進(jìn)展生存期(PFS)分別為23.5個(gè)月、8.5個(gè)月和5.8個(gè)月;1年總生存率為96%, 83%和67%, 這些數(shù)據(jù)均不低于PD-1抗體單一療法的歷史數(shù)據(jù)。接種疫苗后也觀察到表位擴(kuò)散,并與更長(zhǎng)的PFS相關(guān)。

核酸(DNA/mRNA)疫苗

基于DNA/mRNA的新抗原疫苗通過與基于肽的疫苗類似的步驟發(fā)揮作用,除了DC中的額外翻譯和/或轉(zhuǎn)錄步驟。與肽相比,核酸制劑有助于抗原的持續(xù)有效表達(dá)和免疫刺激。重要的是,核酸制劑從細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生抗原肽,避免了昂貴且復(fù)雜的蛋白質(zhì)純化,并為蛋白質(zhì)配備了天然的翻譯后修飾。核酸疫苗在效力、縮短設(shè)計(jì)和制造時(shí)間以及生產(chǎn)可擴(kuò)展性和可靠性方面具有優(yōu)勢(shì)。目前,新抗原靶向的DNA/mRNA癌癥疫苗也已在各種臨床試驗(yàn)中進(jìn)行了測(cè)試。

在一項(xiàng)1b期臨床試驗(yàn)(NCT03289962)中,在先前接受過多次治療的晚期實(shí)體瘤患者中測(cè)試了一種基于RNA脂質(zhì)體新抗原的個(gè)性化疫苗RO7198457,該疫苗編碼多達(dá)20種新抗原?偣灿29名患者接受了RO7198457單藥治療,132名患者接受了RO7198457聯(lián)合抗PD-L1抗體atezolizumab的治療。根據(jù)至少接受過一次腫瘤評(píng)估的患者數(shù)據(jù),該試驗(yàn)顯示單藥治療ORR為4% (1/26)和40%的SD (9/26),聯(lián)合治療ORR為8%(9/108),SD為49% (53/108)。在兩組的大多數(shù)患者中,RO7198457誘導(dǎo)了新抗原特異性T細(xì)胞反應(yīng)。

在另一項(xiàng)1期臨床試驗(yàn)(NCT03313778)中,測(cè)試了另一種基于RNA的新抗原疫苗mRNA-4157。在79名接受mRNA-4157治療的患者中,16名接受單藥治療,63名與pembrolizumab聯(lián)合應(yīng)用。mRNA-4157安全且耐受性良好,聯(lián)合給藥組觀察到3例完全緩解(CR)和8例部分緩解(PR)。特別是在10名HNSCC患者中,ORR為50%, mPFS為9.8個(gè)月,而pembrolizumab單藥治療ORR僅為14.6%,mPFS為2個(gè)月。

DC疫苗和新抗原特異性TCR-T

最近,一項(xiàng)I期臨床試驗(yàn)(NCT02956551)研究了個(gè)性化新抗原自體DC疫苗(Neo DCVac)治療12例重度轉(zhuǎn)移性肺癌的安全性和有效性。結(jié)果顯示,該疫苗總體安全性良好,ORR為25%, DCR為75%,mPFS為5.5個(gè)月,中位總生存期(mOS)為7.9個(gè)月。當(dāng)與ICI治療聯(lián)合使用時(shí),Neo-DCVac顯示出協(xié)同治療效果。這些結(jié)果表明,Neo DCVac可誘導(dǎo)特異性T細(xì)胞免疫,該試驗(yàn)首次證明了基于新抗原的DC疫苗對(duì)癌癥患者的療效。

基于TCR的工程化T細(xì)胞治療是新抗原應(yīng)用的另一種選擇。與DC疫苗試驗(yàn)相比,目前尚無新抗原特異性TCR-T細(xì)胞治療的臨床試驗(yàn)結(jié)果,僅發(fā)表了病例報(bào)告。

這些病例包括一名接受KRAS-G12D靶向TIL治療的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者和一名接受TIL治療的化療難治性HR陽性轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者,TIL分別針對(duì)SLC3A2、KIAA0368、CADPS2和CTSB中分布的四種突變。這兩例治療均取得臨床療效,同時(shí)接受IL-2和 ICI聯(lián)合治療的乳腺癌患者在超過22個(gè)月的時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出完全持久的消退,而僅接受KRAS-G12D靶向TIL治療的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者在治療后9個(gè)月后疾病進(jìn)展。

基于新抗原的T細(xì)胞療法的最大挑戰(zhàn)之一是識(shí)別和分離這些突變特異性TIL和TCR。另外,以新抗原為基礎(chǔ)的DC和TCR-T療法,要注意包括細(xì)胞因子釋放綜合征(CRS)等可能致命的副作用。

基于公共新抗原的癌癥疫苗

與純粹個(gè)性化的新抗原相比,公共或共享的新抗原來源于癌基因的驅(qū)動(dòng)突變或基因組中的其他熱點(diǎn)突變。它們的特征是具有特定癌癥亞型的患者子集中呈現(xiàn)的免疫原性表位。因此,公共新抗原的發(fā)現(xiàn)依賴于從相當(dāng)大的患者庫中分析個(gè)體化新抗原。公共新抗原的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是,它們可以快速應(yīng)用于癌癥患者,特別是晚期癌癥患者和治療窗口較窄的患者。此外,帶有公共新抗原的癌癥疫苗將降低治療成本。

公共新抗原的一個(gè)例子是KRAS上G12D的突變,該突變?cè)谝认侔、結(jié)腸腺癌、非小細(xì)胞肺和結(jié)直腸癌中常見。類似地,TP53是一種眾所周知的腫瘤抑制基因,在大量癌癥中廣泛突變,具有廣泛的熱點(diǎn)突變,并為多種癌癥所共有。

目前,多數(shù)針對(duì)公共新抗原的臨床試驗(yàn)仍在進(jìn)行中,而一些早期試驗(yàn)報(bào)告了良好的結(jié)果。在一項(xiàng)開放標(biāo)簽、單臂I期臨床試驗(yàn)(NCT01250470)中,測(cè)試了survivin肽(BIRC5)在9名復(fù)發(fā)惡性膠質(zhì)瘤患者中的安全性和有效性,survivin肽長(zhǎng)15個(gè)氨基酸,包含不同的8到10個(gè)氨基酸的免疫原性表位,具有相同的C57M突變。結(jié)果顯示一些患者得到了部分緩解或病情穩(wěn)定至少6個(gè)月。

在另一項(xiàng)具有類似設(shè)計(jì)的試驗(yàn)(NCT02261714)中, KRAS突變肽TG01(包含已知的七個(gè)致癌突變)被用作疫苗,與粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)聯(lián)用,用于32例I期或II期胰腺癌患者,這些患者接受了手術(shù)切除(R0或R1),其中93.75% 攜帶可檢測(cè)到的KRAS突變。結(jié)果顯示,低劑量組的安全性較好。兩種劑量都產(chǎn)生了強(qiáng)烈的細(xì)胞免疫反應(yīng),受試者2年和3年的存活率分別約為72和37%?傊,公共新抗原疫苗已證明其作為癌癥治療靶點(diǎn)的巨大價(jià)值。

與公共新抗原相關(guān)的雙特異性抗體

雙特異性抗體是一類可同時(shí)針對(duì)兩種抗原的抗體,它連接效應(yīng)器細(xì)胞和靶細(xì)胞,使效應(yīng)器細(xì)胞充分發(fā)揮腫瘤的殺傷作用。最近,報(bào)道了一項(xiàng)針對(duì)TP53基因熱點(diǎn)突變R175H新抗原的雙特異性抗體的臨床前研究,靶向p53R175H/HLA-a*02:01的單鏈抗體與抗CD3e單鏈抗體(UCHT1)連接,這種T細(xì)胞導(dǎo)向的新抗原雙特異性抗體在體外和體內(nèi)顯示出強(qiáng)大的抗腫瘤免疫活性。

小結(jié)

近年來,基于個(gè)性化或公共新抗原的抗腫瘤治療在新抗原的識(shí)別、預(yù)測(cè)或篩選以及治療選擇方面取得了巨大進(jìn)展。以mRNA為載體的新抗原疫苗和以公眾新抗原為靶點(diǎn)的新抗原疫苗顯示出了更好的臨床特性和成藥性,并引起了人們對(duì)下一代精確腫瘤免疫治療發(fā)展的極大興趣。

然而,基于新抗原的治療仍然存在一些挑戰(zhàn),新抗原疫苗的幾個(gè)方面尚待優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)更好的臨床反應(yīng)。首先,識(shí)別和制造新抗原所需的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),至少需要6-8周,鑒于目前可用的新抗原預(yù)測(cè)算法的精度較低,需要大量的努力以利用機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)來提高新抗原預(yù)測(cè)精度。其次,需要在臨床試驗(yàn)中測(cè)試和評(píng)估最佳新抗原配方和相應(yīng)的修飾、所使用的新抗原遞送系統(tǒng)、路線以及安全有效的給藥劑量。此外,新抗原疫苗與TAAs和其他免疫調(diào)節(jié)劑療法相結(jié)合已顯示出良好的協(xié)同治療效果,因此,在未來的研究中應(yīng)進(jìn)一步評(píng)估使用新抗原疫苗與放療、化療或ICIs和TME免疫調(diào)節(jié)劑的聯(lián)合應(yīng)用。相信新抗原疫苗作為一種嶄新的并極富前景的技術(shù),解決好這些問題,其必定會(huì)在未來的腫瘤免疫治療領(lǐng)域中占據(jù)一席之地。

參考文獻(xiàn):

1.Targeting neoantigens forcancer immunotherapy. Biomark Res. 2021; 9: 61.

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