文章來源公眾號:抗體圈 作者:小編
摘要:癌癥疫苗作為一種創(chuàng)新的免疫治療手段,正從根本上改變癌癥防控的思路。它不僅在預防 HPV、HBV 相關癌癥方面取得顯著成效,還在非病毒性腫瘤的預防和早期病變治療中展現(xiàn)出巨大潛力。本文將從癌癥預防的不同維度出發(fā),詳細解析腫瘤抗原的選擇標準、疫苗平臺的技術特點、提升疫苗效果的關鍵策略,以及各類臨床前模型的應用價值,帶大家全面了解癌癥疫苗的發(fā)展現(xiàn)狀與未來方向,揭示其如何為人類對抗癌癥提供新的解決方案。
二級預防:聚焦癌癥早期階段,通過早期診斷和治療阻止腫瘤進一步發(fā)展。如今常被提及的 “癌癥攔截” 概念,其實與二級預防本質相同,只是更強調主動干預的態(tài)度,旨在在癌癥萌芽階段就將其遏制。
三級預防:針對已確診癌癥的患者,主要目標是限制腫瘤擴散,預防復發(fā)和轉移。常見的手段包括預防性放療,可降低保守手術后局部復發(fā)的風險;還有輔助藥物治療,用于有微轉移風險的患者,防止轉移灶生長。
四級預防:是近年來新提出的概念,主要針對過度醫(yī)療帶來的傷害,減少醫(yī)源性損傷,保障患者在治療過程中的生活質量。
此外,通過藥物進行疾病預防被稱為化學預防,而疫苗等免疫制劑雖被歸為藥物,但其通過免疫機制實現(xiàn)的腫瘤預防(即免疫預防),因分子和細胞機制的獨特性與復雜性,被腫瘤免疫學家視為一種獨立的預防形式。
(二)免疫預防的里程碑:病毒相關癌癥疫苗的成功相比之下,早期的化學預防藥物面臨諸多局限。像他莫昔芬、雷洛昔芬等選擇性雌激素受體調節(jié)劑(SERMs),雖能將乳腺癌風險降低一半,但存在血栓栓塞、對其他器官有潛在致癌作用等嚴重副作用,僅適用于乳腺癌高風險女性。后來的芳香化酶抑制劑副作用減少,適用人群擴展到中度風險女性,但仍無法普及到普通人群。非甾體抗炎藥(NSAIDs)能降低結直腸癌風險,卻因出血風險,僅用于林奇綜合征等高危人群。
而腫瘤預防性疫苗在效果和安全性上優(yōu)勢顯著:efficacy 接近 100%,遠超化學預防藥物 10%-50% 的風險降低率,且無嚴重副作用,風險收益比極低,適合在全人群中推廣。以 HPV 疫苗為例,由于人乳頭瘤病毒是宮頸癌的唯一病因,且疫苗能幾乎 100% 預防慢性感染,流行病學研究預測宮頸癌病例將持續(xù)減少,有望成為人類歷史上第一種通過疫苗根除的癌癥,就像上世紀通過疫苗消滅天花一樣。
二、腫瘤抗原:癌癥疫苗的 “精準打擊靶心”表達特異性:僅在或主要在癌細胞中表達,正常組織中表達極少或不表達,這樣能避免疫苗引發(fā)自身免疫反應。
功能必要性:是癌細胞生存和增殖不可或缺的 “剛需” 分子。即使腫瘤細胞發(fā)生突變,也很難放棄這類抗原,從而降低抗原丟失導致疫苗失效的風險。
時間一致性:在腫瘤發(fā)生前的癌前病變階段就開始表達,并在后續(xù)腫瘤發(fā)展中持續(xù)存在。這樣,疫苗激活的免疫系統(tǒng)就能在癌癥萌芽階段就識別并清除異常細胞,從源頭阻止腫瘤形成。
如果疫苗靶向的抗原不具備這些特性,可能會出現(xiàn) “免疫編輯” 現(xiàn)象 —— 即腫瘤細胞中抗原表達降低或丟失的亞克隆被篩選出來,逃避免疫系統(tǒng)攻擊并繼續(xù)增殖,導致疫苗失效

腫瘤相關抗原(TAAs):并非癌細胞獨有,而是在癌細胞中異常表達的自身蛋白。比如 HER2 在乳腺癌等多種癌癥中過度表達,hTERT(人端粒酶逆轉錄酶)在多數(shù)癌細胞中被重新激活。這類抗原的優(yōu)勢是在多種癌癥中廣泛存在,適合開發(fā) “通用型” 疫苗,即 “現(xiàn)成可用(off-the-shelf)” 的疫苗。
早在 20 世紀 90 年代,TAAs 就開始用于臨床試驗。多數(shù)試驗顯示出良好的安全性和免疫原性,但在晚期癌癥患者的 III 期臨床試驗中,效果并不理想,僅有一種針對前列腺癌的 TAAs 疫苗 ——Sipuleucel-T(Provenge)獲得美國 FDA 批準。該疫苗利用患者自身的免疫細胞,加載前列腺酸性磷酸酶(PAP,一種 TAAs)和粒細胞 - 巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)制成,與雄激素受體靶向藥物聯(lián)合使用時,能將死亡風險降低 28.3%。
研究發(fā)現(xiàn),TAAs 疫苗在晚期癌癥中效果不佳,與腫瘤微環(huán)境 immunosuppression、免疫逃逸等因素有關。因此,研究人員將目光轉向預防領域 —— 在健康高危人群或癌前病變患者中使用。此時人體免疫系統(tǒng)未受化療等治療手段破壞,更易產生有效免疫反應。比如粘蛋白 1(MUC-1) ,在肺癌、結直腸癌等多種癌癥的癌前病變中就已表達,且癌細胞中的 MUC-1 存在異常糖基化,能逃避免疫耐受。針對 MUC-1 的疫苗在臨床試驗中顯示,能減少結直腸腺瘤復發(fā),目前正用于肺癌高風險人群(如現(xiàn)吸煙者和 former smokers)的預防研究。
腫瘤特異性抗原(TSAs):僅存在于癌細胞中,是更理想的靶標,主要包括新抗原和病毒抗原。病毒抗原已在 HPV、HBV 疫苗中證實有效,但僅適用于病毒相關癌癥(占所有癌癥的少數(shù))。而新抗原由腫瘤突變產生,具有極高的特異性,能引發(fā)強烈的抗腫瘤免疫反應,且?guī)缀鯚o自身免疫風險。
不過,新抗原的開發(fā)面臨兩大挑戰(zhàn):一是免疫原性低,僅有不到 1% 的單核苷酸變異(SNV)能產生具有免疫活性的新抗原;二是個性化需求高,每個患者的新抗原都不同,需要通過測序分析腫瘤樣本才能確定,導致疫苗開發(fā)成本高、周期長。為解決這些問題,研究人員正在探索新的新抗原來源,如基因重排、轉座子、可變剪接變異等產生的新抗原,這些新抗原多樣性更高,免疫原性可能更強。
目前,新抗原疫苗主要用于個性化治療或三級預防。多項臨床試驗顯示出良好前景,例如在晚期肝細胞癌中,個性化 DNA 疫苗聯(lián)合帕博利珠單抗,客觀緩解率達 30.6%,遠超單獨使用帕博利珠單抗的 17.0%;在黑色素瘤患者中,個性化 mRNA 疫苗(mRNA-4157-P201)聯(lián)合帕博利珠單抗,能將疾病復發(fā)風險降低 44%,已獲得 FDA 突破性療法認定。
此外,針對共享新抗原的疫苗研發(fā)也在推進。這類新抗原來自常見的致癌驅動突變(如 KRAS、TP53、BRAF 突變),無需個性化定制,可制成 “通用型” 疫苗,用于癌癥預防。例如,針對 KRAS 突變的長肽疫苗,正用于胰腺癌高風險人群的預防研究,有望為遺傳易感或有家族病史的高危人群提供新的防控手段。
(三)特殊靶標:癌癥干細胞抗原與遺傳腫瘤抗原癌癥干細胞(CSCs)抗原:癌癥干細胞具有自我更新、多向分化和耐藥性,是腫瘤發(fā)生、轉移和復發(fā)的 “根源”。針對其表面抗原的疫苗,能早期清除癌癥干細胞,從根本上阻止腫瘤形成或轉移。例如,在乳腺癌中,Cripto-1 和 xCT(半胱氨酸 - 谷氨酸 antiporter)在癌前病變和侵襲性乳腺癌中均有表達,針對這兩種抗原的疫苗在動物實驗中能顯著抑制轉移,為乳腺癌預防提供了新策略。
遺傳腫瘤相關抗原:對于林奇綜合征、BRCA1/2 突變等遺傳性癌癥高風險人群,研究人員篩選出了在其腫瘤中常見的 TAAs。比如針對林奇綜合征的疫苗,靶向癌胚抗原(CEA)、MUC-1 和 brachyury 三種 TAAs,并聯(lián)合 IL-15;針對 BRCA1/2 突變人群的疫苗,靶向 hTERT 等 TAAs,目前這些疫苗都在臨床試驗中,有望為遺傳性癌癥的預防提供有效手段。
圖 2 癌癥疫苗開發(fā)流程全腫瘤細胞疫苗:使用完整的腫瘤細胞(經過減毒處理,防止增殖),無論是患者自身的(自體疫苗)還是他人或細胞系來源的(異體疫苗)。這類疫苗能提供多種腫瘤抗原,激活全面的免疫反應,但存在明顯缺陷:自體疫苗制備耗時費力,不適合急需治療的患者;異體疫苗易引發(fā)免疫排斥;且腫瘤細胞中含有大量非免疫原性或致耐受的自身抗原,會削弱免疫反應。目前這類疫苗在臨床試驗中效果有限,需通過表達免疫刺激分子或聯(lián)合其他免疫增強手段提升效果。
抗原提呈細胞介導的疫苗:以樹突狀細胞(DCs) 為核心 —— 樹突狀細胞是免疫系統(tǒng)中最強的抗原提呈細胞,能有效激活 T 細胞。疫苗制備過程是:從患者血液中分離樹突狀細胞前體,在實驗室中培養(yǎng)、成熟,并加載腫瘤抗原或腫瘤細胞裂解物,再回輸?shù)交颊唧w內。1996 年,針對 B 細胞淋巴瘤的樹突狀細胞疫苗首次在臨床試驗中證實能引發(fā)抗原特異性免疫反應,此后在黑色素瘤、前列腺癌等多種癌癥中開展研究。目前,唯一獲得 FDA 批準的樹突狀細胞疫苗是 Sipuleucel-T,用于轉移性去勢抵抗性前列腺癌。
(二)病毒/細菌 - based 疫苗:借助微生物激活免疫細菌 - based 疫苗:一些細菌能特異性定植于腫瘤組織,同時其表面的病原體相關分子模式(PAMPs)能激活免疫系統(tǒng)。例如,用于治療非肌層浸潤性膀胱癌的卡介苗(BCG) ,就是一種減毒的牛分枝桿菌。此外,細菌還可被改造加載腫瘤抗原,或利用其外膜囊泡(OMVs)遞送抗原,這些策略在動物實驗中顯示出良好的抗腫瘤效果,但目前因生物安全性和生產標準化問題,臨床轉化受限。
病毒 - based 疫苗:主要包括溶瘤病毒和病毒樣顆粒(VLPs) 。溶瘤病毒能選擇性感染并破壞腫瘤細胞,同時釋放腫瘤抗原和病毒顆粒,激活免疫反應。例如,用于治療黑色素瘤的T-VEC(Imlygic) ,是經過基因改造的 I 型單純皰疹病毒,能表達 GM-CSF,增強免疫激活。不過,溶瘤病毒單獨使用時,有時難以引發(fā)強烈的腫瘤特異性 T 細胞反應,需通過基因改造表達腫瘤抗原或共刺激因子,并聯(lián)合其他治療手段提升效果。
病毒樣顆粒(VLPs)則是不含病毒遺傳物質的空心蛋白結構,外形與天然病毒相似,能高效呈遞抗原,且無感染性。HPV 和 HBV 疫苗就是 VLPs 疫苗的成功典范,能誘導強烈的中和抗體反應。目前,VLPs 疫苗也在向其他癌癥拓展,如乳腺癌、黑色素瘤,在動物實驗和早期臨床試驗中顯示出良好的免疫原性。但需注意,VLPs 可能引發(fā)對載體蛋白的預存免疫,或因未結合的自身抗原導致意外反應,需在研發(fā)中嚴格評估。
(三)基因 - based 疫苗:傳遞遺傳物質表達抗原DNA 疫苗:利用細菌質粒攜帶抗原基因和免疫刺激序列。DNA 穩(wěn)定性高,能在體內長期存在,但需進入細胞核才能轉錄,因此常通過電穿孔、基因槍等遞送方式提高 uptake efficiency 。DNA 疫苗能激活 CD4 和 CD8 T 細胞反應,并建立免疫記憶,在動物實驗中對多種癌癥有預防和治療效果。但在人體臨床試驗中,免疫原性較低,治療效果有限,需進一步優(yōu)化遞送系統(tǒng)和免疫刺激序列。
RNA 疫苗:在 COVID-19 疫苗成功應用后,RNA 疫苗成為癌癥疫苗研發(fā)的熱點。RNA 無需進入細胞核,在細胞質中即可翻譯為抗原,起效更快;且能同時編碼多種蛋白,生產便捷、可規(guī);。RNA 疫苗的安全性良好,不會整合到基因組,且會自然降解,避免過度免疫刺激。但 RNA 穩(wěn)定性差,需通過脂質納米顆粒(LNPs)等遞送系統(tǒng)保護。目前,多種癌癥的 RNA 疫苗在臨床試驗中,如黑色素瘤、胰腺癌,但尚未有獲得 FDA 批準的產品。
(四)肽 - based 疫苗:直接遞送抗原片段短肽疫苗:由 8-11 個氨基酸組成,能直接結合 MHC I 分子,制備簡單、成本低,但存在局限:需依賴特定的 HLA 基因型(僅適用于特定人群);易被非專業(yè)抗原提呈細胞捕獲,無法有效激活 T 細胞;在體內易降解,免疫原性弱。
長肽疫苗(11-30 個氨基酸):需經過專業(yè)抗原提呈細胞加工,能同時結合 MHC I 和 MHC II 分子,激活 CD8 細胞毒性 T 細胞和 CD4 輔助 T 細胞,免疫反應更強。且可通過修飾提升穩(wěn)定性和免疫原性。目前,肽 - based 疫苗在黑色素瘤、乳腺癌等癌癥的臨床試驗中(部分已進入 III 期),但尚未有獲批產品,需進一步優(yōu)化穩(wěn)定性和佐劑搭配。
四、提升疫苗效果的策略:佐劑、遞送與聯(lián)合治療制劑型佐劑(儲庫型佐劑):如明礬(礦物鹽)、MF59 等乳劑,能在注射部位形成 “儲庫”,緩慢釋放抗原,延長抗原暴露時間,同時引發(fā)局部炎癥,激活免疫細胞。例如,水包油乳劑 Montanide 常用于癌癥疫苗臨床試驗,能有效激活 CD4 和 CD8 T 細胞反應。
生物免疫刺激佐劑:包括細胞因子(如 GM-CSF、IL-12、IFN-γ)和 Toll 樣受體(TLR)配體等。GM-CSF 能刺激骨髓產生粒細胞和巨噬細胞,招募并激活樹突狀細胞,但在臨床試驗中效果不穩(wěn)定;TLR 配體(如 CpG motifs)能激活樹突狀細胞,增強抗原提呈。此外,免疫檢查點抑制劑(ICIs) ,如抗 PD-1、抗 PD-L1、抗 CTLA-4 抗體,也可作為佐劑與疫苗聯(lián)合使用,解除免疫抑制,增強 T 細胞反應,對抗腫瘤免疫逃逸。
部分疫苗平臺本身就具有佐劑特性,如含 CpG motifs 的 DNA 質粒、能激活 B 細胞的 VLPs。但通常需聯(lián)合傳統(tǒng)佐劑,才能最大化疫苗療效。
(二)遞送系統(tǒng):提升抗原遞送效率化療:低劑量的化療藥物能清除調節(jié)性 T 細胞(Treg),減少免疫抑制,增強疫苗誘導的免疫反應。
放療:放療能殺死腫瘤細胞,釋放腫瘤抗原,同時增強腫瘤細胞表面 MHC 分子的表達,促進抗原提呈,與疫苗聯(lián)合能產生 “遠隔效應”—— 即局部放療結合疫苗,能抑制遠處轉移灶。
免疫檢查點抑制劑:如前所述,與疫苗聯(lián)合能解除腫瘤微環(huán)境的免疫抑制,增強 T 細胞的殺傷功能,在黑色素瘤、肺癌等多種癌癥的臨床試驗中顯示出協(xié)同效果。
五、臨床前模型:癌癥疫苗的 “測試場”致癌物誘導模型:通過給小鼠暴露致癌物(如 4 - 硝基喹啉 - 1 - 氧化物,4-NQO),模擬人類癌癥的發(fā)生發(fā)展過程(腫瘤啟動、促進、進展)。這類模型能研究免疫監(jiān)視和免疫編輯機制,例如在口腔癌研究中,通過轉錄組分析發(fā)現(xiàn)了從口腔異型增生到侵襲性癌癥的關鍵基因,為疫苗研發(fā)提供了靶標。但缺點是致癌物會導致大量隨機基因突變,與多數(shù)人類癌癥的發(fā)生機制存在差異。
基因工程小鼠模型(GEMMs):通過基因編輯,模擬人類癌癥的驅動突變或基因異常,能再現(xiàn)腫瘤從癌前病變到侵襲性癌癥的逐步發(fā)展過程。這類模型是研究癌癥預防疫苗的理想工具,例如針對 KRAS 突變的胰腺癌模型,KRAS 突變在癌前病變階段就已出現(xiàn),且在晚期癌癥中持續(xù)存在,針對 KRAS 的疫苗能有效預防腫瘤發(fā)生;針對 HER2 陽性乳腺癌的模型,疫苗能阻止乳腺腫瘤進展。此外,針對林奇綜合征、BRCA1/2 突變等遺傳性癌癥的 GEMMs,也為相關疫苗的研發(fā)提供了重要支持。
移植瘤模型:包括同系模型和異種移植模型。同系模型是將小鼠腫瘤細胞接種到遺傳背景相同的免疫健全小鼠體內,操作簡單,適合評估疫苗對已建立腫瘤的療效,但腫瘤生長部位非自然解剖位置,缺乏器官特異性特征。原位同系模型通過將腫瘤細胞接種到相應器官(如乳腺脂肪墊接種乳腺癌細胞),能更好地模擬腫瘤微環(huán)境。異種移植模型則是將人類腫瘤細胞(細胞系來源,CDX)或患者腫瘤組織(患者來源,PDX)接種到免疫缺陷小鼠體內,能模擬人類腫瘤的異質性,但需對小鼠進行免疫人源化改造,才能評估疫苗的免疫效果。此外,表達人類 HLA 分子的轉基因小鼠,能研究人類 HLA 限制的抗原免疫反應,為疫苗的臨床應用提供參考。
(二)比較腫瘤學模型:連接基礎與臨床的橋梁犬類會自然發(fā)生腫瘤,其腫瘤的發(fā)生發(fā)展、臨床特征、遺傳和分子特性與人類腫瘤高度相似:腫瘤在自然解剖部位發(fā)生、進展,會轉移和復發(fā);犬類的免疫系統(tǒng)與人類相似,雖在免疫細胞功能上存在一些差異(如犬 T 細胞產生的 IFN-γ 較少,巨噬細胞對 IFN-γ 的反應更強),但整體免疫反應機制一致。此外,犬類腫瘤的進展速度較快,能在較短時間內評估疫苗的長期效果;且犬類的治療方案與人類相似,可評估疫苗與傳統(tǒng)治療(如手術、化療、放療)的聯(lián)合效果。
在癌癥疫苗研究中,犬類模型已取得多項突破。例如,針對黑色素瘤的 DNA 疫苗(ONCEPT),編碼人類酪氨酸酶,能延長犬類黑色素瘤患者的生存期,是首個獲得 FDA 批準的動物癌癥 DNA 疫苗;針對 HER2 的李斯特菌 - based 疫苗,在犬類骨肉瘤患者中能顯著減少轉移、延長生存期,已進入人類臨床試驗。此外,針對黑色素瘤的 CSPG4 疫苗、針對淋巴瘤的 TERT 疫苗等,也在犬類模型中顯示出良好效果,為人類疫苗的研發(fā)提供了重要參考。
犬類模型的應用,不僅能加速癌癥疫苗的臨床轉化,還能同時為人類和動物癌癥的治療提供解決方案,體現(xiàn)了 “同一健康,同一醫(yī)學(One Health, One Medicine)” 的理念。
六、總結與展望然而,癌癥疫苗的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn):如何更精準地篩選出適合預防的腫瘤抗原;如何在癌前病變或早期腫瘤階段,有效誘導長期的免疫記憶;如何克服晚期癌癥的免疫抑制微環(huán)境,提升疫苗療效;如何降低個性化疫苗的成本,實現(xiàn)規(guī);瘧。
未來,隨著抗原篩選技術(如單細胞測序、蛋白組學)、疫苗平臺(如 RNA 疫苗、VLPs 疫苗)、佐劑和聯(lián)合治療策略的不斷優(yōu)化,以及臨床前模型(尤其是比較腫瘤學模型)的進一步發(fā)展,癌癥疫苗有望在更多癌癥類型的預防和治療中發(fā)揮關鍵作用,為人類最終戰(zhàn)勝癌癥提供重要支撐。我們有理由相信,在不久的將來,癌癥疫苗將與手術、化療、放療、免疫檢查點抑制劑等一起,構成更全面、更精準的癌癥防控體系,顯著降低癌癥的發(fā)病率和死亡率,改善患者的生活質量。