探论癌症临床管理研究所

第一章(16)“免疫治疗”背后的深层机理

2021-12-31 00:43| 发布者: admin| 查看: 584| 评论: 0

摘要: 16)“免疫治疗”背后的深层机理 癌症免疫治疗因为2018年的诺贝尔医学奖而走红。但是主流说的免疫治疗是很狭义的,早期是指直接给免疫因子或者给免疫细胞的治疗(比如说CIK,TIL细胞治疗,比如说免疫因子像干扰素 ...

16)“免疫治疗”背后的深层机理


        癌症免疫治疗因为2018年的诺贝尔医学奖而走红。但是主流说的免疫治疗是很狭义的,早期是指直接给免疫因子或者给免疫细胞的治疗(比如说CIKTIL细胞治疗,比如说免疫因子像干扰素,白介素等),近期走红的主要指两个治疗:一个是叫做CAR-T的细胞治疗,另一个是叫做免疫检查点封闭的抗体治疗。我们就说说这两个治疗手段背后探论知道的机理。第一个,CAR-T是一种人工造就的有免疫杀伤能力的T细胞。人工造就的部分主要是这个细胞表面上表达的一个合成的抗体,上半部分识别某个表达在细胞表面上的抗原(注意,必须是细胞表面上的抗原),下半部分衔接到T细胞进行激活和杀伤的通路上,只要上半部分识别了抗原,整个细胞就变成了杀伤性细胞,可以杀死被识别的靶细胞。并且有可能随着杀伤自身放大,越战越勇。主流的认识基本上到此为止,所以全世界很多实验室和医院都在寻找不同的靶抗原,衔接识别这个抗原的抗体到CAR-T细胞上来复制这个模式。至今也有很成功的,但是基本上都有一个共同特点:这个抗原必须是只在肿瘤细胞上表达,不在其他体细胞上表达。或者这样说:杀死所有表达这个抗原的细胞不会影响到宿主的生存。这个“所有表达这个抗原的细胞”可以是全身范围的,也可以是只有T细胞存在的局部位置的。最成功的抗B细胞肿瘤的CAR-T识别,是只有B细胞才会表达的B细胞表面抗原CD20,杀死全身所有的表达CD20的细胞(B细胞)不足以威胁生存,但是可以因此清除所有的B细胞肿瘤,因此有可能靠这个办法做到彻底。也有局部清除的例子,比如说脑转移是在颅内,如果转移灶肿瘤细胞表达的表面抗原在颅内其他细胞上不表达(这样的抗原很多),那么只识别这些抗原的CRA-T在颅内就可以清除所有的表达这些抗原的细胞(也就是所有的颅内转移灶的癌细胞),与是不是这些癌细胞在身体其他部位还存在没有关系,至少是可以清除颅内封闭环境的所有癌细胞。在某种情况下(比如只有脑转移),这个治疗可能就足够了。目前看来主流医学没有搞明白CAR-T可能有效的前提条件,搞了很多其他并不那么特异的抗原来做靶子,做了很多CAR-T,五花八门。结果基本上是失败的,但是他们不一定知道失败的原因是不能形成免疫以多打少的局面。而加大CAR-T细胞输入量的最大问题是毒副作用。如果这些细胞攻击其他表达带有靶抗原的细胞就会释放同样大量的免疫因子,造成免疫过激。在临床上,这就是用药后的病情恶化。在这种情况下,CAR-T越有效,免疫过激就会越严重,患者的情况就会越恶化,生存就会越短。如此一来,岂不是治疗带来了死亡吗?只有在搞清这些背后原因的情况下,CAR-T治疗才可能进步。不过,即便是进步,这个治疗从原理上局限性就很大,难以广泛使用。相比之下,2018年获得诺贝尔医学奖的免疫检查点治疗就显得高大上了。这个治疗的原理,按照诺奖委员会的说法是:通过抑制免疫负调控进行的抗肿瘤治疗。这句话是什么意思呢?是说这个免疫检查点治疗之所以有效,是因为它抑制了免疫负调控。这个免疫负调控到底调控了什么没说,但是大家都知道,是抑制了抗肿瘤的免疫应答。那么是不是不再抑制抗肿瘤免疫就可以达到了抗肿瘤效果呢?这个诺奖委员会没说,主流医学也没有一个清楚的说法。临床上肯定不是(因为不是所有的实施了免疫检查点治疗的病例都会有效)。目前的显示是,总是有一部分患者可以在这个治疗中获益。至于有多少患者会获益要看具体的场景:临床实践显示最有说服力的是肺癌晚期,放化疗无效的情况下,居然还有患者对这个治疗有应答,正是这一点,打败了主流其他传统治疗(比如化疗)的战绩,“免疫治疗”才第一次能被纳入主流治疗的范围。所以说,不是之前的免疫治疗没有展示其重要的潜力和意义,只是没有展示在重大实体瘤临床治疗一对一的情况下,打败主流其他治疗的战绩,而免疫检查点治疗是第一次。但是临床试验本身告诉我们的只是:在进行临床试验的场景下,免疫检查点的单独治疗打败了主流在同一场景中其他治疗手段所能达到的疗效。或者,只说明这个治疗在那个情况下适用的患者多于用主流其他手段治疗有效的患者。而那是个什么场景呢?是晚期肿瘤对传统化疗基本上无效的场景。所以就像是挽狂澜于既倒的英雄,免疫检查点的民间宣传遵循了一个我们熟知的直线推理:如果连最难治的癌症病例都显示了获益,那没有那么难的癌症病例不是更有可能获益吗?当你掌握了免疫检查点的核心机理和临床表现,还真的就不能这么推测。探论在数年的实践中结合已知的关于免疫检查点的研究,对免疫检查点的认识有独特之处。总结起来由如下几点:


1)免疫检查点(以PD-L1为例)的表达是一个动态过程,是随免疫攻击而发生的,因而本身是一个标志性事件,说明一个病例中不但有共存免疫,还可能是能够分泌伽马干扰素的Th1型的。因为是一个动态的,伴随着免疫攻击而出现的过程,就不一定而且往往不能够从确诊时的活检组织中看到。探论的经验是看到的并不多,说明那些病例在那个时候还没有很强的共存免疫攻击。但是随着治疗的发生,免疫的激活,这个免疫攻击就会诱导一些病例中的PD-L1表达,而这个时候不会做穿刺活检来判断是不是PD-L1出现了。主流医学的指南机械地以活检组织中的PD-L1表达来判断是不是适合PD-抗体治疗,这个本身没错,因为看到的就是存在的。但是不应该只是认为之前没有看到PD-L1表达,以后也不会出现。探论根据有没有共存免疫,有没有免疫激活,有没有应答僵持甚至反弹这三个综合证据来推测PD-L1的出现。在一些情况下,探论已经判断了会有PD-L1,而患者刚好进行了活检或者手术,能够提供直接病理组织染色的情况下,证实探论推测的准确率超过70%,因此可以说探论的判断方法是准确的。


2)免疫检查点的表达可以发生在肿瘤细胞上,也可以在抗原呈递细胞上,其作用机制和产生的影响不同。以探论的观察,肿瘤细胞表达PD-L1是直接来自免疫攻击产生的伽马干扰素。肿瘤细胞一旦表达了PD-L1就会脱离免疫对肿瘤复制的抑制,可能会阻止免疫对肿瘤的直接杀伤(这一点的证据是矛盾的)。一旦形成这个局面,从免疫细胞的分布与肿瘤复制的分布来看,在双方交战的前沿就会出现双高:免疫数量和状态高度激活与肿瘤复制高度活跃的共存。这两个因素本来是拮抗的:免疫强则肿瘤复制被抑制,怎么可能双高呢?所以就可以判断是出现了肿瘤表达PD-L1的原因。这个局面并不是主流医学一直以来认为的免疫检查点的作用机理。他们认为免疫检查点的表达会下调T细胞的功能,而我上面讲的这个双高不存在下调免疫功能,只是免疫不能抑制表达PD-L1 的肿瘤细胞的复制,对其他不表达PD-L1 的肿瘤细胞应该照样可以抑制或者攻击。正是由于这个特点,新发的转移灶在受到免疫攻击之前是不会表达PD-L1的,因此对免疫攻击是“敏感”的。这个规律十分重要,因为因此可以推测出在已经形成了双高对峙的情况下是不会有新发病灶建立的。也就是说,只要灭活了僵持的病灶就会形成净减负的效果。


3)免疫检查点在抗原呈递细胞上的表达理论上有可能导致了主流认为的免疫下调,只是探论至今都没有找到实际可信的例子来证明如此,更不知道是什么条件可以导致这样的事件发生。在我们看到的肿瘤表达PD-L1的情况下,都没有看到免疫被抑制的情况,可见不是在免疫攻击中发生。


4PD-1抗体有效激活抗肿瘤免疫应答和PD-1抗体导致的免疫自身攻击都是同一种机制,但不是像主流医学认为的那样靠通过封闭PD-1/PD-L1之间的相互作用来解除所谓的负调控,而是一种通过T细胞清除来实现的特殊的免疫激活模式。所有的PD-1抗体的Fc端都含有被体内巨噬细胞所识别的结合点。与抗体结合后的复合物有可能被巨噬细胞吞噬。在免疫学动物实验模型中,一个常用的清除T细胞的做法就是给识别T细胞表面抗原的抗体(比如抗CD4/CD8的抗体),这些抗体与T细胞结合之后迅速被巨噬细胞清除。效率非常高,说明是一种清除T细胞的有效手段。那么假如抗PD-1的抗体与T细胞结合之后会不会出现这个清除呢?当然会。药厂宣称为了减少这个作用,他们对Fc端的序列有所选择,故意挑的是与巨噬细胞结合不强的序列。这个说法也对也不对:对的一面是的确在各种类型的抗体(IgAIgEIgG)中存在不同的Fc序列,与巨噬细胞结合的亲和力有所不同,药厂刻意选择总体亲和力低的一个Fc序列是可能的;不对的一面是每个个体中巨噬细胞识别Fc的受体序列是个性化的,有多种组合,对同一个抗体的Fc序列识别的亲和力也不一样。就是说,同一个抗体进入不同的个体,结合了T细胞之后有的个体会出现免疫清除,有的不会,有的清除效率很高,有的居中。这样一来,我们根本就不能准确预测一个PD-1抗体不会导致体内的免疫清除。实际观察中的各种证据指向免疫清除不但存在,可能也是PD-1抗体有效或者有害(导致超进展)的根本原因。首先我们说说不支持主流医学封闭模型的证据。第一,按照封闭模型,PD-1T细胞结合后不再结合PD-L1,所以终止了负调控信号,导致T细胞开始攻击肿瘤。但是我们知道的细胞生物学规律显示,抗体在T细胞表面只能存在数小时就会被吞入细胞内分解。就PD-1抗体给药的间隔(目前已经拉开到了3-4周一次)是不可能保障PD-1T细胞表面时刻被封闭的。除非我们假定PD-1抗体最初的结合就能导致一个免疫激活,激活后的T细胞要么不再表达PD-1,要么即便是碰到PD-L1阳性的肿瘤也不受阻碍。那样一来,PD-1抗体的使用就成了“扳机”效应了。在一些由于各种原因终止了连续使用PD-1抗体的个例中,我们的确看得到这种“扳机效应”。极端情况下,甚至只用1-2PD-1抗体之后应答可以持续数月到一年多。第二,封闭模型解释不了使用PD-1抗体之后导致的假性进展和超进展。假性进展是指用药后肿瘤的短期反弹然后出现应答;而超进展是指用药后肿瘤反弹和爆发大规模进展和转移,促进了患者死亡。按照封闭模型这两件事都不应该发生。根据探论的理解,发生肿瘤反弹一定是对应着免疫控制的下降或者消失,所以假性进展最初的肿瘤反弹应该也会对应一个短期免疫下降,只不过免疫之后恢复并占据了上风(才会出现应答)。同样的推测,发生超进展可能就是免疫在用PD-1抗体之后下降并来不及或者不可能恢复。不管是什么情况,都有一个免疫最初的下降,这个下降用免疫清除就很容易解释了。第三,用PD-1抗体经常会导致自身免疫攻击,主要是免疫性肺炎,有些是其他内分泌紊乱。这些自身免疫攻击与肿瘤应答或者超进展共存。这个也不能用封闭模型来解释:难道我们应该相信用药之前是靠肺上的正常细胞表达了PD-L1才免于被攻击吗?真如此,我们早就该看到肺泡细胞的PD-L1染色阳性了,可是我们没有看到,说明抑制这个自身免疫攻击的不是PD-L1。按照免疫清除,我们只需要认为是初期的PD-1抗体清除了抑制这个自身免疫攻击的Treg就可以解释通了。值得注意的是大部分自身免疫攻击都会在连续PD-1使用后减缓甚至消失,也可以用持续的免疫清除先清除Treg导致了之前被抑制的自身免疫应答启动,然后再继续清除这个应答的T细胞,导致应答消失。相比之下,只用了一两次PD-1后导致了自身免疫攻击的情况下,这个应答就不会持续消失。临床观察的确如此,我们有些病例在PD-1之后超过一年,甚至肿瘤都没有了,还会有不断的自身免疫攻击。这都是用封闭模型无法解释的临床现象。因此探论认为主流医学根据体外实验所建立的PD-1抗体疗效的封闭模型并不是在患者体内有效的机理,而正确的机理应该能够同时解释用药后发生的各种现象,包括超进展和自身免疫攻击,这就是免疫清除解释能够做到的。


        但是免疫清除虽然可以解释超进展和自身免疫攻击,如何解释肿瘤应答呢?这个解释的背后是两个现象的思考。一个就是上面提到的扳机效应。这个效应与我们所知道的共存免疫有一个最大的矛盾:缺少持续的抗原支持。任何一个正常的免疫应答都需要在抗原支持才能放大。前面也描述过肿瘤抗原是通过自发坏死或者治疗杀伤释放的。免疫杀伤虽然也是杀伤,但是这个杀伤不能自我维持。至少在抗肿瘤免疫应答中我们看到的都是推一下,走一步,不会推一下就自己循环下去了(否则还需要重复化疗吗?)。那为什么PD-1激活的免疫(不管是针对肿瘤的,还是针对自身的)就可以持续进行呢?第二个是我们自己的临床观察,所有对PD-1治疗有良好应答的病例,其共存免疫的存在模式中都会有T细胞与肿瘤细胞混合浸润的观察(后面第三章讨论这个问题时会有具体病例展示)。不是说有这个特点的病例都会有良好应答,但是反过来是成立的,即没有这个特点的病例使用PD-1一定不会有良好应答(往往导致超进展)。这个特点与T细胞的数量和激活状态都没有关系,但是与肿瘤的分化结构有些关系:因为中高分化的腺癌基本上不具备这个性质,T细胞都是集中存在于自然形成的间质中,而不是与肿瘤细胞紧密混合存在。相比之下,一些低分化的肿瘤往往没有自然形成的间质,T细胞有可能钻进肿瘤,分散存在,与肿瘤细胞“打成一片”。从微观结构考虑,这种T细胞的分布可能都会影响到抗体是不是能有效接触到T细胞,巨噬细胞是不是能看到T细胞与抗体的复合物。从清除的角度看,抗体不能结合到深浸润的T细胞或者巨噬细胞看不到这些T细胞就不会导致清除。相比之下,存在于间质中的T细胞因为容易接触到抗体和巨噬细胞就会被清除。这两个现象背后的思考支持探论目前对PD-1有效机制的解释。这个解释认为:(1PD-1抗体造成的免疫激活一旦发生就进入一个自我维持的应答状态。这个状态与平时我们通过抗原释放激活的免疫应答有很大区别,是一个质的变化。因此这个状态也不是靠抗原释放来激活的。(2)深浸润肿瘤中的T细胞不会被PD-1抗体结合,也不会被清除。但是其他循环中的有PD-1表达的T细胞应该被清除,包括抑制性T细胞(Treg)。这个清除导致短期T细胞数量下降,瘤体外分布消失。这个分布和数量的下降触发白细胞的内稳态调节(即自发恢复数量),即未被清除的存活T细胞从肿瘤内部钻出来进入激活和复制来填补T细胞数量和分布的不足。激活和复制的T细胞一部分再次返回肿瘤内部攻击肿瘤,形成我们临床上看到的应答。(3)这个内稳态驱动的T细胞激活和之后的应答肯定不受持续的PD-L1的影响,还有可能是自我维持的。比如说,激活和执行应答的T细胞不再表达PD-L1,因此不再受免疫负调控。也可以是应答的自我维持是通过特殊渠道获取免疫杀伤释放的抗原来实现的。总之,这个应答的性质与我们通过放化疗激活的共存免疫应答不同。这个基于差别性免疫清除的模型还有一些问题,但是至少可以解释到目前为止的临床观察和疑惑。4)根据上面这个模型,对PD-1的使用就会有几个原则可循:


1PD-1有效必须要有共存免疫的支持。一个连共存免疫都没有的病例就不存在“激活”应答。主流不是这样认识的,他们宁愿相信其他间接指标,比如肿瘤突变负荷(TMB)。TMB么都不如直接观察是否存在共存免疫要准确。然后在剩下的有共存免疫的病例中只有具备了不被完全清除的情况下才有可能获益,否则就存在免疫下调和肿瘤进展失控的风险。具体是不是会造成免疫下调要看T细胞的浸润模式。至少目前探论的观察表明有混合型浸润的病例中才有使用PD-1获益的可能性。没有这个浸润的几乎不存在获益的可能。具体病例中是否失控要看清除和之后的内稳态恢复之间的时间关系,更要看肿瘤转移的能力,会出现各种组合。因为我们可以观察敏感肿标,所以我们甚至可以在有多个成份的病灶中看到哪个成份是被激活的免疫控制,又有哪个成份的共存免疫被PD-1抗体清除,导致肿瘤反弹。总体临床观察下来,大部分病例因为缺乏这个深浸润模式,使用PD-1应该是不获益的。

2)由于PD-1的扳机效应,没有必要连续使用PD-1抗体。不但没必要,因为PD-1的清除作用,最好避免连续用,因为那些从肿瘤内部钻出来的T细胞还有可能是表达了PD-1的,只要如此,不论这个T细胞是不是会抵御负调控,还是会被清除的。探论在早期实战中看到初期显示了应答病例的一半以上都在连续给PD-1抗体后丧失应答转为超进展。至于那些在主流临床实验中连续使用PD-1仍可以获益的病例是什么原因我们目前不知道,留待将来回答。实战中把PD-1的间隔拉开到一个月以上不会丧失获益的比例,反而有可能避免过度免疫清除,丧失应答。

3)因为这个清除模型激活T细胞与肿瘤表达PD-L1与否无关,所以是不是需要使用PD-1抗体根据的是有没有可能获益,而不是为了解决肿瘤表达PD-L1所造成的对免疫攻击的抵御。很多病例中会随着免疫激活产生PD-L1和与免疫的僵持,之前我们也曾认为这个是使用PD-1抗体的时机,但是现在根据免疫清除模型不该这样认为。在后来主流的一些临床试验中很多获益的病例也没有PD-L1的高表达,说明不是非要有PD-L1表达才可以使用PD-1抗体,支持我们的清除模型。之所以看到有PD-L1表达的病例获益比例较高是因为T细胞深浸润的病例中由于T细胞在肿瘤附近分泌伽马干扰素,也往往伴随了肿瘤表达PD-L1,因此也是一个间接的表明T细胞深浸润的指标。

4)尽管PD-1激活的免疫可能是长效的,甚至有时候能够达到病灶消失的效果,获得PD-1有效的最大收益是要考虑到后面可能出现的免疫逃逸。这个逃逸往往在PD-1抗体治疗之前就已经存在,不过是治疗让这个逃逸变得明显可见(因为把免疫可以识别的肿瘤细胞都杀死了)。临床上绝大多数PD-1获益的病例都不能治愈,都会在治疗后出现“耐药”,原因就是这个逃逸,跟PD-1抗体本身是不是“及时”给药无关。一个最容易犯的错误就是认为耐药的出现是给药不及时,然后加大给药剂量或者频率。这样做只能增加清除有效抗肿瘤应答,因此不可取。正确的做法跟防止靶向药耐药一样,需要在PD-1抗体治疗高度有效的时候考虑到后面的耐药局面,考虑最大减负,争取无瘤状态。我们会在后面第三章用病例展示这一点。

5)在任何一个病例都要监控可能的超进展。在发生了免疫清除超进展的情况下,肿标远比影像要提前预警。所以一旦怀疑有可能出现超进展的情况下,要用间歇化疗(两个月一次)来防止出现新的转移灶,然后等待共存免疫的恢复。






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