Neoantigen:据说可以治愈肿瘤的新概念

肿瘤免疫治疗，是最近十几年内，肿瘤治疗领域最大的突破：新药层出不穷，新技术日新月异，新理念雨后春笋。

然而，有一个道理是颠扑不破的：任何事物都有一个不断进展、从小到大、由稚嫩到成熟的过程；大抵没有哪个东西，一出现就是完美的，不断的优化和改良，是需要时间的。

PD-1和PD-L1，这两个分子，从上个世纪末就被科学家发现了。但是，直到2006年，全球才启动了第一个PD-1抗体应用于癌症的临床试验；2014年9月，第一个PD-1抗体终于正式上市，真正大规模应用于肿瘤患者——从PD-1/PD-L1被发现，到现在，一晃20年过去了；甚至，从第一个PD-1抗体在日本和美国上市数起，也已经快3年了。

那么，在过去的十来年、四五年里，肿瘤免疫治疗有没有什么新的进展？难道就停滞不前了么？什么是最近几年肿瘤免疫治疗领域最前沿的黑科技？

为了满足部分孜孜不倦、百折不挠的抗癌勇士的求知欲，我们将重点介绍一个爆款的肿瘤免疫治疗新概念：Neoantigen（中文翻译，暂定是，“新生抗原”）。

01

让我们从一个具体的案例开始，2014年5月，《science》杂志报道过一个划时代的成功案例：利用体外扩增的、能特异性识别癌细胞基因突变导致的异常蛋白的淋巴细胞，成功治疗了一例极度恶性的晚期胆管癌患者。

这是一位43岁的晚期胆管癌患者，女性，已经接受过多种化疗方案的治疗，均告失败。病情进展迅速，危在旦夕。不幸中的万幸，这位阿姨参与了一项美国国家癌症中心主持的免疫细胞治疗临床试验。

医生首先切除了患者身上的一个肺转移灶，从这个肺转移灶里分离得到了足量的淋巴细胞（对的，大多数肿瘤组织里都可以分离到活的淋巴细胞，这些淋巴细胞有个专有名词：肿瘤浸润淋巴细胞，英文缩写是TIL）；于此同时，主管医生还拿一定数量的肿瘤组织切片去做了全外显子组测序，发现该患者一共有26个有意义的基因突变。

肿瘤组织中存在或多或少的淋巴细胞，也就是TIL，这些TIL细胞能在体外培养和扩增。这本身没什么大不了的，上世纪80年代，美国不少科学家就已经掌握这项技术，并且利用扩增和活化好的TIL细胞回输来治疗晚期恶性黑色素瘤，疗效喜人。

拿肿瘤切片进行基因测序，更是显得很“小儿科”。目前长城内外、大江南北，不完全统计，少说也有千家基因检测公司，送一份标本，2周左右的时间，出一份报告，数千到上万元的收费，太常见。

但是，这个团队接下来做的事，就牛逼了：

26个有意义的基因突变，就会产生不少异常的蛋白质——基因（DNA）要指导合成蛋白质才能被表达，部分重要位置的基因发生了改变，所对应的蛋白质就会发生改变；比如变长了、变短了、或者其中的某个氨基酸变“狸猫换太子”了等等；那么，从肿瘤组织中分离出来的淋巴细胞，会不会能识别其中若干个异常的蛋白质呢？

按理说，癌细胞基因突变产生的异常的蛋白质，正常细胞是没有的，对于人体的免疫系统而言，凡是正常细胞、正常组织没有的东西，应该一概归类为“外来入侵者“，继而发起猛烈的进攻消灭掉；而淋巴细胞是免疫细胞中最具有战斗力的王牌军；肿瘤组织中分离出来的淋巴细胞，和癌细胞合成的异常蛋白质（正常细胞所没有的），短兵交接，从理论上讲，应该有很大的可能性，这些淋巴细胞应该跑去攻击这些异常蛋白质——养兵千日，用兵一时；把你们都放在战场的最前线了，而且对面就是敌人，你们到底干不干活！

经过复杂而严谨的测试，主管医生带领的科学团队，发现这个阿姨的TIL细胞里的确存在一定比例的CD4阳性T细胞，能识别其中一个异常的蛋白质——ERBB2IP。

那么，既然这群T细胞能识别癌细胞上的异常蛋白质，理论上讲，如果把这群T细胞富集起来，在体外扩增和活化，回输回去，应该就能抗癌了。

这个阿姨已经多套化疗失败，危在旦夕，于是只能选择试一试——科学家就把这群能识别ERBB2IP的T细胞富集了一下，使其浓度达到25%，然后和其他淋巴细胞一起回输了回去——病人的肿瘤开始缩小了，并且稳定了很久。

下图是T细胞混合物回输前后，病人肺部、肝脏等多处肿瘤大小变化的示意图：在细胞回输前的半年里，病人身体内的肿瘤增大了一倍；细胞回输后的一年半里，肝脏的转移灶一直在缩小，肺上的转移灶一开始也缩小了，但是大约6个月后，又开始缓慢增长。

回输了浓度为25%的能识别异常蛋白质的T细胞，这个阿姨的疾病就稳定了1年半（晚期胆管癌患者的平均生存期不超过10个月）；主管医生觉得，应该再接再厉，于是他们又给这位阿姨回输了浓度大于95%的能识别异常蛋白质的T细胞（浓度超过95%，基本可以认为百分百都是了），果然奇迹再次出现了：病人身体里全身各处的病灶，再次出现明显的缩小，并且最终达到了完全缓解，肿瘤完全消失。

下图是在第一次回输18个月（1年半）后，病人再次接受细胞回输以后，身体内各个病灶大小的示意图：

胆管癌是一种极端难治的病，这个病人在化疗等常规治疗失败后，就靠一点淋巴细胞回输，就获得了完全缓解，疗效维持了数年，堪称奇迹！

这个案例中被鉴定出来的，那个能被免疫细胞所识别、能被免疫系统所攻击的、由于癌细胞基因突变所导致的、正常细胞所没有的异常蛋白质，就是我们所要讨论的Neoantigen。

02

这个经典的成功案例，引出了肿瘤免疫治疗爆款的新概念：Neoantigen。接下来我们将集中解答关于Neoantigen最基本的三大问题。

什么是Neoantigen？

面对细菌、病毒、真菌、寄生虫等外来的“入侵”者，人体的免疫系统会被激活，会使出十八般武艺发动反击——而免疫系统被激活的前提，是要识别这些外来入侵者所携带的“抗原”（多数都是正常组织、正常细胞所没有的蛋白质）。

癌细胞在发展壮大的过程中，会产生很多基因突变，部分基因突变也会产生正常组织、正常细胞所没有的蛋白质。这些蛋白质，很有可能也会激活免疫系统，并引来免疫系统对癌细胞的攻击。

那些能激活免疫系统（能被免疫细胞所识别）的、由癌细胞基因突变所产生的异常蛋白质（异常抗原），就是Neoantigen（新生抗原）。

Neoantign有两个重大的特点：

• 癌细胞所特有，正常的组织、正常的细胞是没有的，所以称为“新生”，或者也有的学者建议翻译成“癌生”。

• 这些异常的蛋白质，能被免疫系统识别，能激活免疫细胞。一个癌细胞所携带的基因突变有时候是成百上千个，所产生的异常蛋白有时候是数十甚至数百上千个，但是并不是所有的异常蛋白质都能激活免疫系统。只有那些能激活免疫细胞的，才能被称之为“抗原”。

同时符合以上两点的，就是Neoantigen。

什么肿瘤会有Neoantigen？

2014年5月的science杂志报道了利用neoantigen成功治疗了一例晚期胆管癌患者后，全世界的医生和病友都着魔了：凭什么那个阿姨这么幸运，我的肿瘤组织里有没有neoantigen？

2015年12月，《science》上的另外一篇重磅文章（也是那个研究团队）回答了这个问题：他们检测了10个消化道肿瘤患者的TIL细胞（肿瘤浸润淋巴细胞），发现其中的9个病友，都能找到1-3个靠谱的、有效的neoantigen。

他们甚至发现，在一个肠癌的患者体内，著名的KRAS突变也可以成为neoantigen（KRAS突变是史上最恶性、最难对付的致癌突变）。

因此，目前学术界估计，绝大多数病友的肿瘤，应该都能找到或多或少的neoantigen。

一般而言，患者肿瘤组织中基因突变的总数越多，那么TA所携带的neoantigen也越多。下图是不同的肿瘤，根据科学运算，估计出来的neoantigen的排行榜：

Neoantigen抗癌，有哪些前景？

如果能找到neoantigen（目前已经有不少办法在研发和不断优化中），对于病友的治疗，有什么意义？这东西如何能够用到伟大的抗癌斗争中去？

这玩意意义可大了，应用的方式也很多。这里举几个栗子：

1：用于免疫细胞治疗

只要能找到neoantigen，就能从病人的肿瘤组织甚至外周血中分离和纯化出能特异性识别neoantigen的免疫细胞。这些免疫细胞相比于泛泛的TIL细胞或者CIK细胞，其抗癌的能力强成百上千倍，而副作用却小的多，目前国外已经有不少类似的成功案例。

甚至，还可以在体外进行基因改造，把病人或者其他健康人提供的T细胞，改造成能特异性识别neoantigen的“抗癌战士”，回输给病人，这就是比较高级的私人订制的TCR-T或者CAR-T技术，目前国外的大公司正在紧锣密鼓地尝试中。

2：个性化肿瘤疫苗

如果能鉴定出一个病人的neoantigen，那么就能在体外合成这些neoantigen所对应的抗原肽、核苷酸等，利用这些抗原肽/核苷酸就可以做疫苗，可以用于治疗已经得癌的病人，理论上讲，其有效率和安全性会更好。我们后面再做详细说明。

3：PD-1抑制剂

目前已经有不少研究表明，病人携带的neoantigen越多，其对PD-1抑制剂等免疫检查点抑制剂疗效越好；而且，未来如果将neoantigen特异性的免疫细胞疗法与PD-1联用，或者将neoantigen特异性的疫苗与PD-1联合，或许会威力倍增。

当然，以上仅仅是这个新技术、新概念应用的部分前景，其他更多的应用空间，有待进一步地探索……

03

最近，国际顶尖学术杂志《Nature》搞了一个大新闻：同期发布了两篇利用neoantigen特异性的个性化肿瘤免疫治疗，成功治疗了局部晚期的恶性黑色素瘤。

因此，我们来科普一下这个被各大媒体广泛转载、大有封神之势的“个性化肿瘤免疫”，同时讲一讲到底如何才能找到合适的、靠谱的neoantigen。

同日两雄文：Nature力挺neoantigen疫苗

2017年7月13日，Nature杂志同一天发布了两项基于neoantigen的个性化肿瘤疫苗治疗恶性黑色素瘤的成功案例。

1：德国的Carmen Loquai教授和Özlem türeci教授，利用neoantigen所对应的RNA做疫苗，一共治疗了13例病人。

在接种了疫苗后，所有患者体内都产生了针对neoantigen的免疫反应。8位局部晚期接受了手术治疗的病友，其无复发的生存时间明显延长，疫苗的注射相当于大幅度推迟乃至预防了肿瘤的复发。另外5位患者为晚期恶性黑色素瘤患者，其中的2位在单独接受疫苗注射后，出现了肿瘤明显缩小，达到了客观有效；另外一位病友接受了疫苗联合PD-1抗体治疗，肿瘤完全缓解。

以下是这13位病友接受治疗情况的汇总图：

2：同一天，哈佛大学的Catherine J. Wu教授带领的团队，利用neoantigen所对应的抗原肽做疫苗，也成功报道了治疗恶性黑色素瘤的案例。

他们招募了20位局部晚期或者晚期的恶性黑色素瘤患者，在这20位患者中一共找到了97个neoantigen，制备成了个性化肿瘤疫苗，应用给相应的患者。最后一共有6名患者，真正接受了治疗（其他病友拒绝冒险或者有更常规的治疗还可以试一试，没有同意参与这个全新的治疗试验组），4名患者在接受疫苗注射25个月后，未出现复发；另外2名出现复发的病友，随后接受了PD-1抗体治疗，均实现了肿瘤完全缓解，并且在他们的身体里检测到了针对neoantigen的特异性免疫细胞。

以下是其中2例患者在治疗前后的CT片子：在先后接受neoantigen疫苗和PD-1抗体之后，这两例患者肺部及皮下软组织中的转移灶，均达到了完全缓解，癌细胞不见踪迹。

到底如何寻找和鉴定neoantigen

最后，萝卜医生介绍一下到底如何才能找到合适的、靠谱的neoantigen（这个工作可价值几十亿，美金；至今依然是困扰全行业的极大的难题）。坦率地说，萝卜医生也没有亲自操作过，只能给大家讲一个大概的流程，大家感受一下：

参考文献：

[1]Cancer Immunotherapy Based on Mutation-Specific CD4+ T Cells in a Patient with Epithelial Cancer .Science. 2014 May 9;344(6184):641-5. doi: 10.1126/science.1251102.

[2]Immunogenicity of somatic mutations in human gastrointestinal cancers. Science. 2015 Dec 11;350(6266):1387-90. doi: 10.1126/science.aad1253
[3]Mining exomic sequencing data to identify mutated antigens recognized by adoptively transferred tumor-reactive T cells. Nat Med. 2013 Jun;19(6):747-52. doi: 10.1038/nm.3161.
[4]Neoantigens in cancer immunotherapy. Science. 2015 Apr 3;348(6230):69-74. doi: 10.1126/science.aaa4971

[5]Personalized RNA mutanome vaccines mobilize poly-specific therapeutic immunity against cancer. Nature. 2017 Jul 13;547(7662):222-226. doi: 10.1038/nature23003.
[6]An immunogenic personal neoantigen vaccine for patients with melanoma. Nature. 2017 Jul 13;547(7662):217-221. doi: 10.1038/nature22991