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淋巴細胞腫瘤免疫治療的核心。
通常,CD4+和CD8+T淋巴細胞表面的TCR分別識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MHC–Ag–TCR三級復(fù)合物作為識別信號與共刺激信號(CD28-CD80/CD86之間的相互作用)形成時,它們可以觸發(fā)T細胞中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),然后破壞靶細胞。
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。由于下一代測序技術(shù)的發(fā)展和機器學習算法的應(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翻譯事件來計算預(yù)測新抗原已成為可能。因此,以新抗原為基礎(chǔ)的療法,如癌癥疫苗,已在臨床試驗中得到廣泛測試,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新紀元。
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,在腫瘤細胞中特異表達,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;谛驴乖膫性化免疫療法可以激發(fā)針對腫瘤細胞的強大的抗腫瘤免疫反應(yīng)。
新抗原鑒定依賴于來自對腫瘤和正常組織的DNA和RNA樣本的高通量測序數(shù)據(jù)。通過使用生物信息學方法分析全外顯子組測序(WES)和mRNA轉(zhuǎn)錄組測序(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)測的主要來源。然而,僅僅關(guān)注這兩種類型的突變往往會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。除了來自WES和RNA-Seq數(shù)據(jù)的特征外,描述突變肽和T細胞受體之間識別潛力的其他特征也可納入新抗原預(yù)測系統(tǒng)。
合成長肽(SLP)疫苗
基于新抗原的腫瘤治療主要包括合成長肽(SLP)疫苗、核酸(DNA/mRNA)疫苗、基于樹突狀細胞(DC)的疫苗、基于新抗原特異性TCR-T細胞的治療以及與公共新抗原相關(guān)的雙特異性抗體;谶@些個性化新抗原療法的臨床試驗已在全球晚期癌癥患者中進行。
目前,基于合成肽的新抗原疫苗已在多個臨床試驗中得到應(yīng)用,一些臨床試驗已經(jīng)顯現(xiàn)出多肽腫瘤新抗原疫苗的抗腫瘤效力。NeoVax是一種針對黑色素瘤患者的個體化新抗原肽疫苗,在一項1期臨床試驗中(NCT01970358),選擇經(jīng)病理證實為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種新抗原為靶點的個體化肽疫苗由聚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T細胞擴增和增強T細胞浸潤,使其成為肽癌疫苗的有效佐劑。
2021年,研究公布了8名參與本試驗的黑色素瘤患者的隨訪結(jié)果,平均隨訪時間為55個月。結(jié)果顯示,所有8名患者均存活,6名患者沒有活動性疾病的跡象。對患者外周血中T細胞的測試表明,接種NeoVax疫苗后,黑色素瘤患者的新抗原特異性T細胞反應(yīng)持續(xù)數(shù)年,并且新抗原特異性T細胞表現(xiàn)出記憶表型。
此外,研究還發(fā)現(xiàn),NeoVax可以誘導(dǎo)T細胞反應(yīng)的表位擴散,這也意味著腫瘤特異性細胞毒性范圍的拓寬。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(NCT02897765)研究了個性化新抗原疫苗NEO-PV-01與PD-1阻斷劑聯(lián)合治療晚期黑色素瘤、非小細胞肺癌或膀胱癌患者的療效。在本試驗中,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%,中位無進展生存期(PFS)分別為23.5個月、8.5個月和5.8個月;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散,并與更長的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)有效表達和免疫刺激。重要的是,核酸制劑從細胞內(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)計和制造時間以及生產(chǎn)可擴展性和可靠性方面具有優(yōu)勢。目前,新抗原靶向的DNA/mRNA癌癥疫苗也已在各種臨床試驗中進行了測試。
在一項1b期臨床試驗(NCT03289962)中,在先前接受過多次治療的晚期實體瘤患者中測試了一種基于RNA脂質(zhì)體新抗原的個性化疫苗RO7198457,該疫苗編碼多達20種新抗原。總共有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估的患者數(shù)據(jù),該試驗顯示單藥治療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細胞反應(yīng)。
在另一項1期臨床試驗(NCT03313778)中,測試了另一種基于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個月,而pembrolizumab單藥治療ORR僅為14.6%,mPFS為2個月。
DC疫苗和新抗原特異性TCR-T
最近,一項I期臨床試驗(NCT02956551)研究了個性化新抗原自體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個月,中位總生存期(mOS)為7.9個月。當與ICI治療聯(lián)合使用時,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細胞免疫,該試驗首次證明了基于新抗原的DC疫苗對癌癥患者的療效。
基于TCR的工程化T細胞治療是新抗原應(yīng)用的另一種選擇。與DC疫苗試驗相比,目前尚無新抗原特異性TCR-T細胞治療的臨床試驗結(jié)果,僅發(fā)表了病例報告。
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,同時接受IL-2和 ICI聯(lián)合治療的乳腺癌患者在超過22個月的時間內(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個月后疾病進展。
基于新抗原的T細胞療法的最大挑戰(zhàn)之一是識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)動突變或基因組中的其他熱點突變。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)依賴于從相當大的患者庫中分析個體化新抗原。公共新抗原的一個主要優(yōu)點是,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。
公共新抗原的一個例子是KRAS上G12D的突變,該突變在胰腺癌、結(jié)腸腺癌、非小細胞肺和結(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,具有廣泛的熱點突變,并為多種癌癥所共有。
目前,多數(shù)針對公共新抗原的臨床試驗仍在進行中,而一些早期試驗報告了良好的結(jié)果。在一項開放標簽、單臂I期臨床試驗(NCT01250470)中,測試了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15個氨基酸,包含不同的8到10個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個月。
在另一項具有類似設(shè)計的試驗(NCT02261714)中, KRAS突變肽TG01(包含已知的七個致癌突變)被用作疫苗,與粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(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)生了強烈的細胞免疫反應(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的巨大價值。
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針對兩種抗原的抗體,它連接效應(yīng)器細胞和靶細胞,使效應(yīng)器細胞充分發(fā)揮腫瘤的殺傷作用。最近,報道了一項針對TP53基因熱點突變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)顯示出強大的抗腫瘤免疫活性。
小結(jié)
近年來,基于個性化或公共新抗原的抗腫瘤治療在新抗原的識別、預(yù)測或篩選以及治療選擇方面取得了巨大進展。以mRNA為載體的新抗原疫苗和以公眾新抗原為靶點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),新抗原疫苗的幾個方面尚待優(yōu)化,以實現(xiàn)更好的臨床反應(yīng)。首先,識別和制造新抗原所需的時間相對較長,至少需要6-8周,鑒于目前可用的新抗原預(yù)測算法的精度較低,需要大量的努力以利用機器學習平臺來提高新抗原預(yù)測精度。其次,需要在臨床試驗中測試和評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)進一步評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:
1.Targeting neoantigens forcancer immunotherapy. Biomark Res. 2021; 9: 61.
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