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一线科学家告诉你:为什么有些PD-1临床研究不靠谱?

 YLWUGD 2018-01-16

导言



今天,我们请来了宾夕法尼亚大学医学院博士生宝哥为大家解答这些疑惑:

  • PD-1、CAR-T、肿瘤疫苗,应对不同癌症到底怎么选择?

  • PD-1的联合疗法这么火,为什么很多组合在小鼠模型上面明明有效,到了临床研究就不靠谱了?

  • 目前有哪些前沿的实验手段可以帮助解决实验室模型和临床研究的差异性问题?



 

免疫T细胞主流疗法的困境


很多人都了解,现在与T细胞相关的肿瘤疗法非常的红火。其实,不仅仅是在肿瘤免疫的部分,对于慢性感染和自身免疫疾病,T细胞相关的疗法都是非常重要的临床诊疗组成部分。


下图总结了肿瘤免疫疗法批准的药物及疗法方案。可以看到的是,几乎所有疗法都和T细胞直接相关。



然而,虽然免疫疗法取得了重大的进展,但是对于很多情况而言,绝大多数患者的长期临床响应并不尽如人意。以黑色素瘤为例,对于PD-1或者CTLA4或者联合疗法的长期响应率仅有20-40%的情况。



成如上情况的原因有很多种。对于长期免疫响应的实现来讲,T细胞一侧的异质性和响应强度,是一个重要的研究方向。



 

PD-1、CAR-T、肿瘤疫苗,不同癌症怎么选择?


肿瘤中的T细胞具有极大的差异性,从而直接决定了对于不同免疫疗法的反应。所以在回答这个问题之前,我们需要对于T细胞的差异性做一个更进一步的了解。T细胞的差异性体现为三点:

  1. TCR组学(TCR Clonality)

  2. 发育分化产生的差异(肿瘤抗原诱导T细胞发生分化,Lineage Plasticity)

  3. 表达异质性(包括RNA和蛋白水平,Expression Stochastic)



对于临床而言,现在来看最关键的T细胞异质性是TCR组学,它决定了很多临床疗法是否可以采用的,也决定了如何设计新的临床方案的。TCR组学指的是T细胞发育成熟之后,每一个T细胞就至少有一种对应识别的抗原。不同的T细胞带有不同的T细胞受体(TCR),可以和不同抗原有不等结合强度。在肿瘤情况下,攻击带有不同表面抗原标记的肿瘤,需要不同的TCR。


值得注意的区别是:现有的执行的比较好的CAR-T或者TCR-T疗法,以单独的肿瘤抗原设计CAR/非常dominant肿瘤对应TCR为主(TCR clonarity diversity低);而对于免疫检查点抑制剂(Immune Checkpoint Blockade) 疗法而言,反而是肿瘤突变越多(TCR clonarity diversity高),疗效响应越高。



 3 

小鼠上明明有效,上人就不靠谱了?


下图列举了截止今年为止和Anti-PD-1/L1联合用药疗法trial的总图。可以看到,目前相关的临床试验有种太多太乱的趋势,甚至导致患者都不够用了!



除了像抗CTLA4这种早就做了的,和化疗、放疗这种常规的疗法,很多“新方案”只是在一套实验室的系统上达成了和PD-1疗法的加成效果,只使用的一部分结果就比较赶时髦的上了临床。但这些实验室实验对于长期的T细胞改变并没有进行追踪。


这样就可能导致:比如说分子A发现和AntiPD-1联合用可以在14-21天的小鼠肿瘤模型上效果很好,就开始尝试临床试验。但假设说有一个小鼠模型可以把这个肿瘤生长的时长扩大到一百天,这个连用很可能造成更严重的免疫衰竭。这种情况下,临床试验的结果不言而喻。


总的来说,单一的检测指标在短时间的动物模型中难以全面反映T细胞的状态。



 4 

有哪些手段解决实验室和临床的差异?


为了解决这个问题,我们需要对于临床试验的样品进行广泛的多角度表型分析(profiling),然后将其对应到同样是广泛的多角度的profiling的小鼠模型上,验证临床的预后。以下简单介绍几种profiling的方法:


表达谱profiling

表达谱又可以通过蛋白和RNA两方面来profiling。常规的多色流式细胞仪现在一般稳定在10-15个表达分子。对于更高级的多色流式细胞仪,可以做到20-40个分子,到这个级别其实可以看成是小型的单细胞蛋白组了。逐渐流行起来的CyTOF对于一些重要问题也逐渐成为了一种常规的方案了,可以实现更多分子的检测。


另一方面,群体级别的RNA-Seq测序已经是非常常规的方案。由于去年10x Genomics机器的上市,使得单细胞临床/基础研究对应的测序逐渐由发展起来的趋势。


表观组profiling

针对于T细胞常用的是ATAC-Seq测序和DNA甲基化相关测序。


针对于如何应用不同的检测方法,以下的总结可供大家参考:



综上所述,临床实验中检测到的结果只会是T细胞在疾病过程中的某个特定时间点的状态,不一定代表了长期预后。鉴于临床实验这样的局限性,如果我们想研究这个时间点的更多内部信息,(比如:辅助指导长期预后反应、判断响应的T细胞群等),就需要采用更多表型研究手段,结合对应的小鼠进行详细的机理研究。总结小鼠模型的结果返回到临床实验,再进一步优化得到新的方案。



参考文献:

J. Tang, A. Shalabi & V. M. Hubbard-Lucey 2018


James Larkin et al. 2015 

Ton N. Schumacher and Robert Schneiber, 2015








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