纵观120年的肿瘤免疫学理论脉络

rodneyzhang 2017-11-17

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在肿瘤免疫治疗三部曲系列的开篇中，我介绍了肿瘤免疫学家Daniel Chen和Ira Mellman于2013年提出的肿瘤免疫周期（the Cancer-Immunity Cycle）。这一思维框架是对现有肿瘤免疫学知识的高度概括，适合快速认识免疫系统对抗肿瘤的生物学过程。但俗话说“观今宜鉴古，无古不成今”，要理解免疫治疗的现状并洞察未来，必须把握肿瘤免疫学的理论脉络。今天，我将带您重温肿瘤免疫学的开拓者们思考过哪些问题，遇到怎样的困难，以及他们的理论最终如何被接受并用于指导今天的免疫疗法。

本期文章是肿瘤免疫治疗三部曲的第二篇（上），三部曲将依次介绍：

一、肿瘤免疫周期和相关临床药物机制

二、肿瘤免疫学的理论发展和研究技术

三、CAR-T细胞治疗和免疫检查点药物

第二篇（下）将于本月29日在基因智慧首发，敬请期待！

过去一百多年里，肿瘤学和免疫学彼此交叠又互相促进。但两者对肿瘤免疫治疗的概念曾出现过很大的分歧，如同经济学史上凯恩斯与哈耶克间关于市场经济的论战。那场理论大对撞，塑造了我们今天对于肿瘤起源和免疫治疗的理解方式。接下来，我将从免疫学的视角出发，节选最重要的5个历史时期来重新回顾肿瘤免疫学跌宕起伏的发展历程：

1. 时代开启：19世纪末

2. 范式革命：20世纪50到60年代

3. 理论危机：20世纪70年代

4. 韬光养晦：20世纪80到90年代

5. 百年复兴：21世纪初至今

时代开启：19世纪末

当今学术界公认的肿瘤免疫治疗之父是美国骨科医生William Coley。1891年，29岁的Coley偶然发现部分肿瘤患者术后出现感染症状的同时，肿瘤病灶也随之缩小甚至消失。他认为这种现象表明，人体免疫系统不仅能够清除细菌感染，还可以消灭肿瘤细胞。此后，Coley开创性地对869名无法手术的肿瘤患者进行灭活细菌感染治疗（图1）。诺贝尔奖得主、德国免疫学家Paul Ehrlich在1909年也表示，如果没有免疫系统的抑制，肿瘤的发生频率应比现实世界中观察到的高很多。为了验证他的想法，Ehrlich试图用注射灭活肿瘤细胞的方式来治疗肿瘤。虽然，这两种肿瘤疫苗策略的最终疗效都不尽如人意，但却为免疫学家带来了攻克肿瘤的一束光。

图1. 1908年纽约时报对Coley免疫疗法的报道，口吻很像今天的大众媒体，但由于缺乏关于疗法机理的证据，FDA在1963年将其定义为“新药”，仅限临床试验用

与此同时，一个很不起眼的理论也正在萌发。1910年，31岁的美国病理学家Peyton Rous（图2）研究发现，从鸡的肉瘤中提取无细胞过滤液，再注射给健康的鸡就能使其患得癌症。他假设是一种特别的过滤性因子在鸡之间传播肿瘤。接下来的4年中，他又继续在小鼠模型上实验，但再也没能重现该发现。几十年后，Rous的发现得到了广泛的认可，不仅开辟了病毒诱发肿瘤的新思路，还促成“原癌基因”假说的确立。

图2. 1966年的诺贝尔生理学和医学奖被授予给Rous，创造了诺贝尔奖历史上从发现到获奖之间最长时间跨度的纪录

一百多年后回望Coley、Ehrlich和Rous，可以看到他们的主要研究工具都是显微镜。在光学显微镜下肉眼可见的范围内，他们已竭尽全力，而真正的理论突破还需要一场思想和技术层面的范式革命。

为了纪念William Coley并继续他在免疫治疗领域的研究，他的女儿Helen Coley Nauts在1953年创立了著名的纽约癌症研究所（CRI），致力于推进和支持肿瘤免疫学研究和临床实验（图3）。肿瘤免疫学界顶级大奖—William Coley奖也在此颁发，陈列平教授曾在2014年获此殊荣。

图3. CRI的Logo象征着在显微镜中看到的链球菌Streptococcus pyogenes，William Coley曾用灭活的链球菌作为肿瘤治疗疫苗

范式革命：20世纪50到60年代

20世纪上半叶，电气工程技术飞速发展，信息论（information theory）和控制论（cybernetics）迅速风靡各个学术领域。到了50年代，受到这些新思想启发，生命科学研究开始从对表层宏观现象的观察，发展到对底层信息传递和调控机制的探索。1953年，James Watson和Francis Crick在自然杂志发表了划时代的DNA分子双螺旋结构，标志着整个生命科学研究进入全新的分子生物学时代。同一时期，Frederick Sanger组合层析技术（chromatography）和电泳技术（electrophoresis）开发出蛋白质测序技术，先后完成了对牛、羊和人胰岛素的氨基酸序列鉴定。他发现胰岛素的氨基酸序列是确定的，由此推论每一种蛋白质都具有确定的氨基酸序列。受到Sanger的发现启发，Crick在1958年发表的著名论文《Onprotein synthesis》（图4）中首次提出“中心法则”（the Central Dogma）和“序列假说”（the Sequence Hypothesis），为包括肿瘤学在内的整个生命科学提供了从表型到基因型范式跨越的理论基础。

图4. 1958年，32岁的Crick在《On Protein Synthesis》中特别@的澳大利亚著名免疫学家Sir Macfarlance Burnet此时已经59岁，正在改变学术路线转攻免疫学

继蛋白质测序技术后，科学家们又在60年代和70年代相继开发出RNA测序和DNA测序技术，生命科学从此跨入以信息和调控为核心思想的分子生物学时代。这其中的变化，读者可以通过阅读代表前后两种范式的肿瘤论文感受一下：诺贝尔奖得主Otto Warburg的《On the Origin of Cancer Cells》（发表在1956年的Science）和Sir Macfarlance Burnet 的《Cancer-A Biological Approach-the Processes of Control》（发表在1957年的British Meidcal Journal）。

肿瘤免疫学在这一波范式革命的推动下发展迅速。除了观念和技术的升级，新的实验模型也为理论发展带来全新的科学问题。现在大家以为常识的器官移植配型其实是很新的医学技术。英国生物学家Peter Medawar在二战最危急的期间，奉命前往格拉斯哥的烧伤研究所救助战争导致的皮肤烧伤患者，他们中有很多人急需植皮手术救命。然而，和植物嫁接容易成活不同，动物个体间的皮肤移植手术经常出现排异反应（graft rejection），一般两周内新移植的皮肤就会干缩坏死。年轻的Medawar在自己的科学世界里，奋勇迎战这一神秘的现象。终于，当欧洲和远东战场局势出现转机的时候，28岁的他发表著名文章《the Fate of Skin Homografts in Man》，明确地指出：“异体皮肤移植物排异反应（homograft rejection）是由主动免疫机制引起的。”这项研究实验设计精巧，创造性地进行了大量小块植皮（pinch graft，图5）。通过对患者植皮处进行病理检查，Medawar发现受到排异的皮肤组织内有大量的浸润淋巴细胞（读者是否已联想到了实体瘤中的CD4／CD8染色的IHC图片）。接下来的几年中，Medawar和前面提到的澳大利亚免疫学家Burnet分别从临床和理论角度对免疫耐受（immunological tolerance）问题展开研究。他们从各自的方向上共同去验证以下问题：哺乳动物和鸟类，都演化出利用免疫反应排斥同物种其他个体的组织细胞的能力，但是否可以通过让胚胎在发育早期接触外来组织来实现对这种排斥反应的特异性耐受（图6）。尽管Medawar的实验结果与Burnet的理论假设不完全一致，但鉴于两人在获得性免疫耐受（acquired immunological tolerance）领域的特殊贡献，1960年的诺贝尔生理学和医学奖被共同授予他们（图7）。

图5. 1943年，Medawar发表文章《the Fate of Skin Homografts in Man》中的配图，介绍生长中的小块植皮（pinch graft）的生理结构

图6. Medawar于1953年在Nature上发表关于对异体体细胞获得性免疫耐受的研究

图7. 1960年，61岁的Burnet和45岁的Medawar共同获得诺贝尔奖，此后Burnet继续在肿瘤免疫学的道路上不断开拓，成为传奇人物

40年代末、50年代初的肿瘤学家和免疫学家普遍认识到，异体皮肤移植排异反应（homograft rejection）的生物学机制可能与肿瘤在人体内受到的免疫攻击非常类似。于是，肿瘤免疫学家们开始联合使用化学致癌物和小鼠植皮实验，研究肿瘤能否也激发身体内在的免疫防御。在那段时间里，关于出现了很多关于肿瘤抗原如何能够被免疫细胞识别的理论，现在看起来都有些匪夷所思，所以不再赘述。有兴趣的读者可以自行阅读H.N. Green在1954年发表的文章《AnImmunological Concept of the Cancer：A Preliminary Report》。在这个方向上一次真正重要的思想突破发生在1959年。时任纽约大学医学院病理系主任的Lewis Thomas在著作《InCellular and Humoral Aspects of the Hypersensitive States》中从演化的角度推理说：“多细胞生物应当普遍具有保持细胞类型和抵御肿瘤形成的能力，异体移植排异反应（homograft rejection）将被证明是有机体对抗肿瘤的天然防御机制。”这一论述将肿瘤学和免疫学结合起来，站在进化论的高度上重新定义了肿瘤免疫学的方向，立即引起Burnet的共鸣。在此后的10年中，Burnet无论是演讲和论文发表，都会反复提及和完善Thomas的这一理论，并将之命名为“免疫监视”（immunogical surveillance）假说。

老骥伏枥，志在千里。1970年，已是澳大利亚科学院主席的Burnet，在他学术生涯最后的时光里，终于系统性地论述了肿瘤免疫学第一个重要理论——“免疫监视”假说（图8）。Burnet在这篇题为《TheConcept of Immunological Surveillance》的著作中，从三个角度论证高等脊椎动物的免疫系统，有进化史原因的需要，也应该正在体内巡视和清除出现突变的体细胞：

1）临床患者数据：青少年癌症患者比例较高，此时免疫系统尚未成型；负责细胞免疫的胸腺功能受到抑制时，患癌的比例较高；个别晚期患者会以外出现肿瘤缓解的症状（这个现象与80年前Coley的发现呼应）；其他病种的组织病理检查中时常可以发现一定比例的肿瘤病灶。

2）动物实验观察：免疫抑制剂能够促进肿瘤的产生和移植（用了免疫耐受的发现）；肿瘤病灶中存在免疫耐受，中和了免疫系统的监视作用（这一思想被16年后的“克隆演化”假说和32年后的“免疫编辑”假说吸收）；在特定实验中，可以创造特异性肿瘤免疫，增强免疫细胞对肿瘤的攻击（这与Ehrlich在60年前的尝试类似，当今的肿瘤治疗疫苗也是类似的思路）

3）进化思想实验：这章节的讨论是整篇文章中脑洞最大的部分。因为历史局限性，Burnet当时尚不了解T细胞也可以攻击受到病毒和细菌感染的体细胞，所以他推测T细胞免疫主要是用来防御体内的肿瘤发生。虽然，Burnet的论述起点并不正确，但着个章节的推演非常精彩，读者有时间可自行阅读。

图8. Burnet的肿瘤免疫监视假说，从多细胞长寿命生物的进化内在需求出发，系统论证了免疫系统清除有潜在癌变风险细胞的合理性和各种证据

因为Burnet的肿瘤免疫监视假说指明了可进行验证的方向，所以肿瘤免疫学家们很快就开始在实验模型和临床数据中进行验证。Burnet在学术生涯中，除了“免疫耐受”假说和“免疫监视”假说，在抗体生成方面还提出过与当时主流的“指导设计”假说（Instructive Hypothesis）截然不同的“克隆选择”（Clonal Selection）假说。由于免疫系统超高的复杂性，Burnet的每个理论中都存在细节上的不完备。这些理论经过后人的修补完善后，一般都可以在主流学术界延续很长时间。

值得一提的是，Burnet在1957年发表的《Cancer-a biological approach》在讨论的部分已具备后来一些思想的雏形，包括Peter Nowell在19年后将提出的“克隆演化”假说和Robert Weinberg在43年后提出的“Cancer Hallmarks”思想（图9）。

图9. Burnet在1957年发表的《Cancer-abiological approach》中，融合了19年后将提出的“克隆演化”假说和43年后提出的“Cancer Hallmarks”思想

理论危机：20世纪70年代

历史进程既遵循客观规律，也需要个体的力量。在1969年7月，全球数亿人观看了阿波罗11号宇航员登月的壮举，给当时社会带来对未来的无限信心。3个月后，热衷于医疗慈善事业的Mary Lasker女士在纽约时报刊登整版广告'Mr.Nixon: You can cure cancer'，呼吁美国政府制定癌症研究的国家计划。在Lasker等人的努力游说下，尼克松总统于1971年1月签署国家癌症法案（图10），表示将大幅增加美国肿瘤研究的政府经费并计划建设肿瘤研究数据中心。在国家力量的支持下，此后几十年里肿瘤研究取得了多项重要突破，但同时也造成更激烈的理论和路线之争。

图10. 似曾相识的历史瞬间：左图为1971年尼克松总统签署国家癌症法案，右图为46年后奥巴马总统签署21世纪治愈法案

回顾性地重温这段历史，我发觉理论纷争和当时的技术条件有更直接的关系，而与理论本身的正确性关系不是很大。具体来说，分子生物学出现以前，肿瘤研究主要倚赖观察光学显微镜尺度以上的现象，这对研究细胞生物学为主的肿瘤免疫学来说是合适的，但对研究分子遗传学为主的肿瘤基因组学来说就非常艰难了，因为光学显微镜下只能看到染色体和部分亚细胞结构。脱离光学显微镜的遗传学，等于是从Thomas Morgan的遗传学研究倒退几十年回到Mendel的时代。同样的，当主流生命科学全面采用分子生物技术，肿瘤免疫学将受限于细胞层面调控的复杂性，面临诸多意想不到的问题和挑战。与之相比，肿瘤基因组学在合适的技术支持下就发展得一日千里，而首先复兴的就是Rous在60年前意外开启的“病毒原癌基因”（viral oncogene）假说。

1972年，George Todaro和Robert Huebner在PNAS上发表文章《The Viral OncogeneHypothesis: New Evidence》，提供了大量通过分子生物学技术获得的新证据，并用分子生物学语言包装的“控制论”来重新阐述肿瘤的“病毒原癌基因”假说（图11）。传播癌症的病毒内的致癌基因原本也潜伏在人类基因组中！这一概念一经抛出，就注定带有“历史终结”的意味。应和着尼克松政府刚刚颁布的国家癌症法案，一起看起来都是那么美好。但站在45年后的今天去看，这套理论思想还是没有跳出自Otto Warburg以来，科学界试图找到某种“统一论”去解释清楚癌症现象的本能冲动。

图11. Todaro和Huebner在复兴“原癌基因”理论的文章中，显露出高度的道路自信

正当“病毒诱发肿瘤”的假说在70年代流行起来时，Burnet提出不久的“免疫监视”假说遇到了巨大的挑战。首先，多个研究组都无法通过实验和临床数据证实Burnet最关键的两项预测：1）缺乏正常免疫系统的裸鼠应当会有更高比率的散发癌症出现，但实际它们的患癌率没有和正常小鼠差别很大；2）持续的肿瘤抑制性疾病或免疫缺陷患者中，肿瘤发病率并没有出现显著上升。其次，研究人员在多项独立的实验中发现免疫系统不但没有消灭肿瘤，反而变成了肿瘤的保护者。第三，70年代的研究已发现T细胞的功能主要是防御致病微生物的感染，一定程度削弱了Burnet认为的T细胞主要用于监视和攻击突变的体细胞这一观点。最后，也是最致命的是，“原癌基因”理论暗示，所有肿瘤细胞生产的蛋白质都是正常的，只要调整肿瘤的基因排布和拷贝数，就可以造成肿瘤发生，而无需发生随机的体细胞突变。这样一来，免疫监视假说的基本前提，即体细胞突变创造可以被免疫细胞识别的肿瘤抗原，就不一定存在了。此时，开始有学者公开反对Burnet的理论：“肿瘤免疫监视假说是一个自我循环论证”（OsiasStutman），“它是一个大家都愿意去相信的理论而已”（Goran Moller & Erna Moller）。

先前支持“免疫监视”假说的研究人员，这时也出现内部分歧。部分人开始转而相信免疫细胞实际上是在促进肿瘤的发生和发展，而非Burnet相像地那样具有抑癌作用。另一部分人将目光转向自然杀伤细胞（natural killer cell），并发表多项研究证明自然杀伤细胞可以在巨噬细胞的介导下清除肿瘤。但这些研究者也坦承，自然杀伤细胞对肿瘤的杀伤作用可以被并入免疫监视假说，但通过非特异性免疫来完成肿瘤监视似乎是回到了最早Coley和Ehrlich的老路上。

同样在免疫监视假说不断遭到质疑的时期，曾发现费城染色体（Philadelphia chromosome）导致急性白血病的PeterNowell提出了“克隆演化”（clonal evolution）假说。在这个假说中基本延续了之前的肿瘤理论脉络，并没有突出火热的“原癌基因”。Nowell将曾被激烈被否定的Warburg的肿瘤“代谢障碍起源”假说和正在被质疑的Burnet的“免疫监视”假说融合在了肿瘤微观演化的框架中。该理论指出：1）某些正常细胞在致癌因子诱导下获得增殖优势；2）这些细胞的遗传物质不稳定，后代会出现各种染色体和性状的差异；3）无法适应代谢障碍和免疫攻击的后代不断被消灭，但偶尔会出现适应力更强的后代，它们会逐步发展为肿瘤主克隆群；4）最终，不可重复的演化路径塑造出具有一定独特性的恶性肿瘤（图12）。Nowell在这篇文章结尾作出几个非常有前瞻性的思维推理：1）针对肿瘤异质性，免疫细胞和抗体因为更具多样性，在理论上会比化疗药物更适合清除手术和放疗后残留的肿瘤克隆；2）但由于克隆演化，肿瘤能够主动适应包括免疫治疗在内的各种治疗手段带来的有害环境，最终导致耐药性出现；3）既然肿瘤克隆具有遗传不稳定性，人为改造微环境让部分肿瘤进入分化状态将可能带来治愈肿瘤的希望（图13）。

图12. Nowell在1976年在Science杂志上发表《the Clonal Evolution of Tumor Cell Populations》文章中的配图

图13. Nowell在提出“克隆演化”假说的同时畅想过两种非常具有前瞻性的治疗手段：基于抗体和免疫细胞的疗法，以及通过改造肿瘤微环境来抑制肿瘤生长的疗法

随着Burnet的肿瘤“免疫监视”学说被主流学术界抛弃，肿瘤免疫学家们一时群龙无首，大家的目光都开始默默转向肿瘤基因组学。自此，肿瘤免疫学这一方向进入了长达30年的低谷期。但只要专心做学问，在哪儿都会有所得。1973－1979年间，30多岁的Ralph Steinman连续发表5篇文章《Identificationof a Novel Cell Type in Peripheral Lymphoid Organs of Mice（I-V）》，报告发现一种长相奇特、很难提取又功能不明的细胞，并将其命名为“树突状细胞”（dendriticcells），并对其进行了深入的结构和功能研究（图14）。此时，Steinman还没有意识到，他补充上了肿瘤免疫周期中最开始的一环。

图14. Steinman用电子显微镜拍摄的树突状细胞横截面，能够看到它的细胞器，这对看惯了简单的细胞插图的学生来说，是非常奇怪的照片

韬光养晦：20世纪80－90年代

上世纪80－90年代的肿瘤基因学可以说是如日中天，一路狂奔。1977年，Sanger发表了更准确更快捷的DNA测序方法。Sanger测序技术的出现加速了对癌症基因的研究和产业化。1980年，Michael Bishop和Harold Varmus就公布了最早发现的禽类肉瘤病毒中的v-Src基因序列和预测的SRC蛋白序列。1986年，MIT的Robert Weinberg和Harvard的Mark Greene联合研究团队开始采用单抗对携带neu-transformed NIH 3T3（neu现在称为erbb2）的裸鼠进行治疗并取得良好的疗效（图15）。很快，Bishop和Varmus因发现逆转录病毒携带源自细胞的原癌基因而被授予1989年的诺贝尔生理学和医学奖（图16）。在80世纪末，学术界已不满足于一个一个基因地研究，对人类基因组计划热情高涨（图17）。

图15. 80年代中期，就在美国东海岸大学开始研究HER2单抗药物的同时，西海岸的Genentech公司和UCLA也在紧锣密鼓的做类似的药物开发

图16. 1989年，Bishop和Varmus荣获诺贝尔医学奖时，已有12个来自逆转录病毒的原癌基被发现

图17. 1987年，美国白宫注意到了学术界对人类基因组测序计划的热情，并开始评估实施计划的成本和收益

相较于热烈的肿瘤基因组学，同时期的肿瘤免疫学在理论框架上任然只是小修小补。从本质上看，肿瘤免疫学研究缺少的是一个体外实验的技术突破口。淋巴细胞被认为是肿瘤免疫机制的核心，但不能在体外有效培养淋巴细胞就无法开展很多有价值的体外实验。直到1976年，淋巴细胞生长因子IL-2被发现，细胞层面的肿瘤免疫学研究才进入一个快速发展阶段。在此后的20年里，肿瘤免疫学研究都还处在韬光养晦阶段，逐渐拼凑出肿瘤免疫周期各个调控机制的全景图。这一时期的肿瘤免疫治疗方向有三件事值得值得一提：

1）肿瘤免疫学家开始使用细胞因子和过继细胞疗法（adoptivecell therapy）进行临床试验（图18）。实际上从临床实验的起步时间点来讲，免疫治疗和靶向治疗的起步时间都是80年代。但从Coley的疗法到过继细胞疗法，早期的肿瘤免疫治疗虽然都具有持续的肿瘤缓解的效果，但都面临着获益患者比例少而很难被临床广泛采纳。同时，作为生物治疗免疫治疗在设计临床实验时，经常会遇到临床的毒理和和疗效评估手段失效，因为生物分子进入身体后会发生非常复杂的作用，导致结果不可预测。这一点自从Coley的疗法以来虽有改进，但任然无法做到清晰地建立药物用量（exposure）与药效（efficacy）和／或毒性（toxicity）之间的关系。最后，生物药的生产工艺和化学药品很不一样，蛋白生产和激素试剂的治疗会很大程度上影响最后的临床效果。这点直到今年最火的嵌合抗原受体T细胞（Car-T）疗法，任然没有得到很好的解决。不过可以看到工业界希望建立规模化的生物药生产流程，加强自动化和标准化，努力消除工艺上的无稳定性。

图18. 随着对免疫系统的了解逐渐深入，肿瘤免疫疗法的客观反映率不断提高（图片摘自StevenRosenberg的《IL-2:The First Effective Immunotherapy for Human Cancer》）

2）日本京都大学的本庶佑（TasukuHonjo）带领他的团队，从1992－1999年间默默地发了6篇关于PD-1的研究文章（图19）。本庶佑刚发现PD-1的时候，学术界反响比较冷清，整个过程和Steinman在70年代孤独地研究树突状细胞非常类似，谁都不知道这个靶点会发展成为日后价值千亿美金肿瘤免疫药物靶点。但本庶佑内心平静，继续埋头研究PD-1了9年，直到耶鲁大学的陈列平在1999年发现了能够与PD-1结合的配体PD-L1，并观察到PD-L1是一中对免疫反应发挥负调节作用的蛋白。忽然在世纪之交，本庶佑和陈列平关于免疫检查点的研究补齐了整个肿瘤免疫周期。一个人专注的品质在这个时代非常珍贵。

图19. 本庶佑在1992年发表的文章《Induced expression of PD-1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death》中，比较不同免疫球蛋白与PD-1在细胞膜外（A）和膜内（B）的蛋白序列差异

3）也是最重要的一件事：华盛顿大学圣路易斯分校的RobertSchreiber团队重新证明已经淡出人们视线多年的免疫监视理论。Schreiber设计实验并发现干扰素γ（IFN-γ）对于肿瘤免疫监视反应非常重要：IFN-γR-/-基因型的小鼠身肿瘤细胞生长更为快速免疫原性更低，而重新使其对IFN-γ敏感将导致获得性免疫系统对该肿瘤组织进行清除反应（图20）。虽然科学家已经在90年代中期开始试验过继细胞治疗肿瘤，但毕竟是经过人工体外干预过的细胞，而且治疗的反应率结果不容易解读。Burnet在1970年系统性提出肿瘤免疫监视假说时，并没有构思如何利用分子生物学实验证明免疫系统可以选择性地攻击肿瘤细胞，问题（也是机会）留给了后人。这种实验需要对所要研究的生物学机制足够了解，在这里指的是T细胞杀伤的调控机制，才能够设计出合适回答科学问题的小鼠基因型和实验方法。

图20. 在过去的20多年里，免疫学在从基因组层面和细胞调控层面积累了诸多发现，Schreiber团队才有可能开展实验证明免疫监视假说

百年复兴：2000至今

厚积才能薄发。跨入21世纪不久，证实了免疫监视假说的Schreiber团对就发现从前使用的裸鼠模型并非完全的免疫系统功能缺失。他的团队改用perforin-/-（上一篇中介绍的效应T细胞和自然杀伤细胞释放的一种毒素）的C57BL/6小鼠模型后，立即发现化学致癌物MCA会导致C57BL/6小鼠比perforin正常的小鼠发生更多的癌变。而且，即使不使用致癌物刺激，C57BL/6小鼠本身就能产生比p53+/-小鼠更多的散发淋巴瘤。于是，30年前被证伪的Burnet关于免疫缺陷小鼠的预测都应验了。

2002年，Robert Schreiber和Lloyd Old等人首次完成了一次对肿瘤免疫学的理论升级。Burnet的肿瘤免疫监视假学说的重点是，体细胞突变导致肿瘤具有免疫原性，巡视的免疫细胞可以识别并攻击这样的肿瘤组织。免疫监视假说并没有解释为什么部分肿瘤会逃脱这种免疫监视，并最终发展为临床确诊的肿瘤，而这种情况才是临床治疗中的常见情况。于是，Schreiber他们根据最新的肿瘤免疫学研究成果，延伸了免疫监视学说，从微环境的视角提出免疫版的“克隆演化”理论——“免疫编辑”假说。因为免疫肿瘤免疫学在新世纪初发展迅猛，Schreiber又分别在2004年、2011年和2014年对理论的细节进行扩充和完善。下面我以最新的2014版为例（也是插画最好看的版本），介绍这一假说描述的肿瘤细胞与免疫系统相互作用的3个E步骤：

1）免疫清除（Elimination）先天和适应性免疫杀伤细胞（T细胞和NK细胞）可以共同识别出组织中存在癌变的细胞，并在其变得临床可诊断前将其清除，此时免疫系统的天平朝向肿瘤免疫这一边（图21），整个过程对应Burnet原版的免疫监视；

图21. 免疫清除中，由于肿瘤细胞表达的抗原、MHC I型蛋白、Fas和TRAIL受体提高，以及肿瘤微环境中的perforin, granzymes, IFN-alpha/beta/gamma, IL-1, IL-12, TNF-alpha表达提升，免疫或耐受的天平倒向抑制肿瘤的方向

2）免疫平衡（Equilibrium）如果免疫和细胞因子不能完全清除肿瘤组织，免疫系统和肿瘤细胞将进入相互作用的平衡状态，期间残留的肿瘤细胞会因为其内在的基因组不稳定性和免疫选择压力不断变异，最终幸存的肿瘤细胞能够逐步适应免疫的攻击，这被称为免疫系统对肿瘤组织的“免疫雕刻”（immunologicalsculpting），该阶段有时可以长达数年（图22）

图22. 免疫平衡中，免疫或耐受的天平在抑制肿瘤的信号（IL-12,IFN-gamma）和促进肿瘤的信号（IL-10,IL-23）间平衡，此时需要获得性免疫系统将肿瘤维持在一个功能休眠的潜伏状态，而NK细胞及其他的细胞因子（IL-4,IL-17A和IFN-alpha/beta）是不必须的

3）免疫逃逸（Escape）跨越了免疫抑制和选择压力的肿瘤细胞在遗传学和表观遗传学上都出现了很明显的变化，具有不受控制的主动增殖能力，并逐步发展为临床可见的肿瘤（图23）

图23. 免疫逃逸中，由于免疫微环境中出现了免疫抑制性细胞因子和IL-10、TGF-beta、VEGF、IDO和PD-L1，免疫或耐受的天平倒向了肿瘤进展

反观新世纪以来的肿瘤基因组学，经历了几次大规模数据收集项目后，似乎有些越来越迷茫。虽然受到测序成本的不断下降的利好而取得了数量和认识上的进步，但完成了多项大型的肿瘤基因组／图谱计划后，科学家发现对肿瘤的基因型细分可能是没有止境的。收集了越来越多的基因组信息，却并不能带来更好的治疗策略。在2015年的自然杂志上，科学家们开始反思在后基因组时代，科学研究是否应该从基因组测序更分析多地回归到生物功能性研究（图24）。

图24. 后基因组时代里，生物学研究是否应当放慢信息驱动策略的脚步，逐步提高生物功能实验的比重，不要过快脱实入虚

从Coley和Rous在一百多年前取得的意外发现到今天，肿瘤学和免疫学都发生了天翻地覆的变化，研究者们的思维方式和工具也不断升级换代。我们看到，经历了一段坎坷的肿瘤免疫学理论正在围绕着脱胎换骨的免疫编辑假说不断完善，而经历了一段迅猛发展的肿瘤基因组学似乎在最近有些失去方向。让两种相互依托的学科在理论层面长期独立并不是最佳的选项。肿瘤学理论碎片化所带来的困扰，随着数据和信息的膨胀越发严重。今年9月，20多位国际肿瘤学家、生态学家和进化基因组学家们共同面向未来，提出要融合演化论思想和生态学理论，用统一和全面的思维体系开展今后的肿瘤研究（图25）。这份共识将肿瘤组织用演化指数（Evo-index）和生态指数（Eco-index）分为两大类，每种指数下设两个特征，每种特征再分为高和低（图27）。最终，肿瘤学家可以对16种不同特质的肿瘤进行独特的治疗策略设计。我本人非常欣赏这种融合各家思想的完整分类模型，建议读者有时间读一读本文关于常见肿瘤概念中思维盲点的讨论，相信会很有启发。