肿瘤免疫治疗的故事（连载七）

mbc543 2021-07-07

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敬告：

《肿瘤免疫治疗的故事》共十余万字，将分20余期连载。

本篇系连载之七，为《肿瘤免疫治疗的故事》的第二回第二节——《“免疫监视”假说的争论和发展》。

只讲故事，不谈治疗，这是本文知识性、趣味性所在。

关键词：肿瘤，免疫治疗，诺贝尔奖，免疫监视假说。

早在1909年，诺贝尔奖得主、德国免疫学家保罗·埃尔利希（Paul Ehrlich）就提出这样的观点：免疫系统可能有识别恶性肿瘤和正常组织之间差异的能力，免疫系统在不停地巡逻并摧毁新生的癌细胞，如果没有免疫系统对肿瘤发生的抑制作用，肿瘤的发生率可能会比现实世界中观察到的高很多。根据这个设想，他首次提出免疫系统能保护机体免遭肿瘤侵害。这可以说是最初的癌症免疫假说。

保罗·埃尔利希是免疫学和化学疗法的殿堂级祖师，他一生有多个重大成就，首次提出白细胞按所含颗粒染色特性的分类法；发明结核菌的抗酸染色。1890年后研究免疫问题，帮助E.贝林生产白喉抗血清，设计单位测定抗毒素量的方法。创侧链学说，研究动物血清的溶血反应，提出“补体”一词。晚年时专攻化学药物治疗传染病的研究，发明治疗梅毒的有效药606（砷凡纳明），与I.I.梅契尼科夫共获1908年诺贝尔生理学或医学奖。

免疫监视假说是他晚年提出的。德皇腓特烈三世的遗孀维多利亚长公主免疫监视假说是他晚年提出的。德皇腓特烈三世的遗孀维多利亚长公主因脊髓癌于1901年8月去世。皇后的去世引起了德国人对于癌症的重视，普鲁士富豪也开始以巨资资助科学家研究癌症，保罗·埃尔利希受到德皇威廉二世的个人请求，将所有精力转移到对癌症的研究之中。

维多利亚长公主腓特烈皇后

保罗·埃尔利希发现，向小鼠移植肿瘤细胞时，肿瘤的恶性会逐代增加。如果原发肿瘤被切除，则转移急剧增加。由于这些发现，1909年保罗·埃尔利希正式提出了“免疫监视”假说早期观点，认为免疫系统会促进肿瘤的增殖。

为了验证他的想法，埃尔利希试图用注射灭活癌细胞的方式来治疗肿瘤。这一设想，引发了人们对于“机体的免疫系统是否可以控制新生物肿瘤发生？”这一问题，进行了长达近一个世纪的激烈争论。

但受限于当时的技术水平和认知，该假说并不能用实验手段验证。一直到免疫学得到系统的认知之前，这个“免疫监视”假说并没有得到科学界的认可。

在20世纪40年代末、50年代初，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。

彼得·梅达瓦（SirPeterB.Medawar），1960年诺贝尔生理学或医学奖得主，二战期间他在苏格兰格拉斯哥皇家医院烧伤科进行了组织移植的研究，尤其是植皮。这项工作使他认识到，移植排斥反应是一种免疫反应。

彼得·梅达瓦（SirPeterB.Medawar），1960年诺贝尔生理学或医学奖得主。

在20世纪50年代，他和他同事的工作阐明了免疫细胞成分在介导同种异体移植排斥反应中起到关键作用。这个工作让当时的一些科学家开始推测是否存在“肿瘤抗原”，但是绝大多数人仍然认为，免疫反应能够识别和破坏来自非近交系小鼠的移植肿瘤，潜在的机制是同种异体移植排斥反应而非肿瘤特异性排斥反应。

后来随着近交系小鼠开始被科学家大范围使用，科学家发现近交系小鼠可以对由化学物质诱导的，病毒诱导的原发瘤以及移植瘤产生免疫反应，至此人们才确认了“肿瘤特异性抗原”的存在，为免疫监视假说提供了一个重要的理论基础。毕竟只有存在一个特异性抗原，免疫系统才能对其进行监视。

在那段时间里，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，这些所谓的“理论”都有些匪夷所思，所以不再赘述。

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刘易斯·托马斯（Lewis Thomas）在著作《细胞和体液方面的高度敏感状态》（In Cellular 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。”

路易斯·托马斯也认为：

免疫系统的最大任务不是保护机体免受外来病原体的侵袭，而是保护机体免受癌细胞侵袭。免疫系统通过识别肿瘤特异抗原来清除体内的癌细胞，即后来所谓的“免疫监视”理论（immune surveillance theory）。

刘易斯·托马斯博士（Lewis Thomas）

托马斯的大名无人不晓，他是美国著名的医学家、生物学家、科普作家。历任明尼苏达大学儿科研究所教授、纽约大学——贝尔维尤医疗中心病理学系和内科学系主任、耶鲁医学院病理学系主任、纽约市斯隆－凯特林癌症纪念中心院长，并荣任美国科学院院士。年过花甲的刘易斯·托马斯的名字因一本小书而家喻户晓，有口皆碑，以至于在他接连抛出后两本书时，书商都不用再作广告，只喊声“《细胞生命的礼赞》一书作者刘易斯.托马斯的新著”就够了。这是题外话，借此打住。

刘易斯·托马斯的这一论述将肿瘤学和免疫学结合起来，站在进化论的高度重新定义了肿瘤免疫学的方向，立即引起澳大利亚免疫学大师弗兰克·麦克法兰·伯内特爵士（Sir Frank Macfarlane Burnet，1960年诺贝尔生理学或医学奖获得者）的共鸣。

伯内特是澳大利亚微生物学家，主要研究免疫学。他在微生物研究上获得重大突破，发现了它们的特点和复制以及在免疫系统的相互作用。他与彼得·梅达沃一起获得了1960年的诺贝尔生理学或医学奖。

1953年，伯内特通过异体移植模型初步证明了他的猜想：将致癌物诱导产生的肿瘤移植到同一品系的小鼠身上，会马上被排斥；而正常组织移植则不会。随后，对T细胞、NK细胞、抗原呈递细胞功能的深入研究补充了免疫监视理论的细节。

在此后的10年中，伯内特无论是演讲和发表论文，都会反复提及和完善托马斯的这一理论，并将之命名为“免疫监视”（immunogical surveillance）假说。

伯内特的观点主要来自免疫耐受。他认为，肿瘤的新生抗原将会激发有效的免疫反应，并将其清除。托马斯的观点主要来自于进化论。他认为，复杂的多细胞有机体，一定具有与免疫排斥相类似的机制，以抵御机体新生的肿瘤赘生物。

澳大利亚免疫学大师弗兰克·麦克法兰·伯内特爵士（1960年诺贝尔生理学或医学奖得主）

1970年，随着小鼠肿瘤特异性抗原的发现，已是澳大利亚科学院主席的伯内特，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”（immune surveillance）假说。

伯内特在这篇题为《免疫监视的概念》（The Concept of Immunological Surveillance）的论文中，从临床患者数据、动物实验观察和进化思想实验这三个角度，论证高等脊椎动物的免疫系统类似于一个监测防御系统。

免疫监视相当于免疫系统的“侦查系统”，它最重要的能力是“识别（recognition）和区分（distinction）”。

一般而言，所有异种的病原体，包括细菌、病毒、外来微生物等，还有人体内突变或异常的细胞（肿瘤），这些都是“非我”，都会被正常免疫系统觉察到并清除，而人体正常的组织细胞免疫系统会默认为是“自我”，不会攻击和清除。

就癌细胞而言，我们身体内免疫细胞具有“哨兵”功能，可时刻监督并消除这些“异物”，从而将癌细胞扼杀在摇篮中，以保证身体健康。由于某种原因，造成免疫系统功能弱化或活性不足，则使癌细胞摆脱了监控；随后癌细胞开始无节制繁殖，最终越来越多，从而产生可见的肿瘤组织，该过程称为“免疫逃逸”。按照该假说，如能强化免疫，则可实现癌症治疗目的。

免疫监视假说自诞生以来，便伴随着无数的争议，这其中的一部分原因是在那个年代，连细胞结构都尚未清楚，免疫学更是在最初级的阶段，自然无法支持这个假说。

就科学方法而言，假说成为理论必须要经历严格的实验检验。肿瘤“免疫监视”假说一经提出，许多实验就接踵而来，以验证它的正确性。

这些实验包括：验证免疫缺陷个体是否对化学致癌物更敏感？验证免疫缺陷个体自发肿瘤的发生率是否会比正常个体明显增高？实验模型包括：对新生小鼠实施胸腺切除术，使用抗淋巴细胞血清以及药物来抑制免疫系统的功能等等，但实验结果并不一致。

首先，多个研究组都无法通过实验和临床数据证实伯内特最关键的两项预测：

一是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。

二是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，一定程度削弱了伯内特认为的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，当时盛行的“原癌基因”理论暗示，所有癌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伯内特的理论，说“弗兰克·麦克法兰·伯内特爵士，是一个自我循环论证”，“它只不过是一个大家都愿意去相信的观点而已”。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，而不是像伯内特想象的那样具有抑癌作用。

1974年，美国纽约市纪念斯隆-凯特琳癌症中心（Memorial Sloan-Kettering Cancer Center，简称MSKCC）的科学家奥西亚斯·斯图曼（Osias Stutman）和卡尔·波夫尔森（Carl O.Povlsen）等人在《科学》（Science）杂志上发表一篇在当时认为无可辩驳的论文，一下子将肿瘤“免疫监视”假说打入冷宫。

奥西阿斯·斯图德曼

这篇论文报道，对多达10800只裸鼠（哇，这么多！）进行了长达3-7个月的实验观察，其实验结果表明:自发的和致癌药物诱导的肿瘤，在裸鼠和同窝对照鼠之间，无论在发生率还是在潜伏期上，均无明显差异。他们在天生胸腺发育不良的裸鼠身上接种了癌细胞，由于缺乏成熟T细胞，这些裸鼠被认为丧失了正常的免疫功能；如果免疫监视假说成立，那么接种于裸鼠的癌细胞，应该表现出比接种于正常小鼠的癌细胞更强的增殖能力。然而科学家们发现，在裸鼠身上接种的癌细胞，生长速度和大小，与普通小鼠之间并没有差别。这个“证明”，使得肿瘤的“免疫监视”假说陷入了真正的低谷。如果免疫系统和肿瘤发生无关，那么伯内特的这个假说就是错误的。

为什么会出现这种情况？是肿瘤“免疫监视”假说错了？还是斯图曼的裸鼠实验错了？

这个实验看着没有什么问题，但是以一个后来人的眼光来看，存在着很多漏洞。

一是，免疫缺陷裸鼠并不是完全的免疫缺陷，实际上后来人们发现在免疫缺陷裸鼠里仍然保有足够应付免疫监视数量的淋巴细胞。

二是，奥西阿斯·斯图德曼实验中使用的小鼠种系CBA/H可能恰恰对甲基胆蒽敏感，因为这个系和其近亲的小鼠都会高度表达一种抑制免疫的酶。

三是，3-7个月的观察时间仍然太短。

四是，在这个实验做的年代，非胸腺淋巴细胞，如自然杀伤细胞NK细胞还没有发现。

裸鼠实验给癌症免疫疗法带来了很大的消极影响。因为，来自理论的危机，使得坚信免疫疗法的前路，蒙上了一层厚厚的阴霾。有人认为，这项看似漂亮的裸鼠实验，至少将肿瘤免疫治疗朝后推迟了20年。

弗兰克·麦克法兰·伯内特爵士

随着伯内特的肿瘤“免疫监视”假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，肿瘤免疫学进入了长达30年的低谷期。

虽然免疫学的发展没有办法为这个假说提供更进一步的支持，但是其它学说的发展却开始慢慢补充这个假说。一些在肿瘤形成领域深耕的科学家发现有些偶然的现象，免疫系统有时候好像在推动肿瘤细胞的生长，这个领域拥护免疫监视假说的科学家处于急于证明自己和向传统“复仇”的心态提出了“免疫刺激假说”。

该学说认为肿瘤细胞识别肿瘤排斥抗原后会给肿瘤细胞一个积极的生长信号。当然，现在我们知道这个理论是非常主观的。

路易斯·托马斯后来总结道：免疫监视理论最大的难点在于无法在动物实验中被检测到。

肿瘤免疫学重新兴起的一个关键人物肿瘤免疫学重新兴起的一个关键人物，是华盛顿大学的教授罗伯特·施莱伯（Robert D.Schreiber）。到了90年代，人们逐渐意识到斯图曼使用的裸鼠只是缺乏后天免疫，先天免疫系统是完整的。也就是说，这些裸鼠仍然具有部分免疫功能。

罗伯特·施莱伯（Robert D. Schreiber）

于是，施莱伯团队重复了奥西亚斯·斯图曼的实验，但是这次却发现，有更多的裸鼠长出了肿瘤，接着他们换了另一个种系的免疫缺陷小鼠进行了实验。这一次免疫缺陷小鼠用的是CB/17种系的。这个种系的小鼠无法表达一种重要的酶DNA-PKcs，这种酶是淋巴细胞表达抗原受体所必须的酶，无法表达这种酶淋巴细胞就无法行使功能，免疫功能便会受到抑制。原理的简图如下：

使用这样的小鼠重复奥西亚斯·斯图曼的实验，结果也是相对于对照组，有更多的裸鼠长出了肿瘤。

但是这样的实验还是存在漏洞的，因为DNA-PKcs这种酶，不仅在淋巴细胞中表达，在其它所有正常细胞里也会表达，且行使非常重要的修复DNA的功能，所以仍然无法解释免疫系统对肿瘤的监视和清除作用。接下来的两个实验却有力的支持了假说。

自然杀伤细胞NK细胞的发现为第一个实验提供了线索。

有一种化学物质，叫干扰素（IFN），干扰素具有抗病毒、抑制细胞增殖、调节免疫及抗肿瘤作用。人体所有的细胞都可以产生干扰素-α和干扰素-β，而干扰素γ只由活化T细胞和自然杀伤细胞（NK细胞）产生。科学家通过基因工程技术抑制了小鼠体内干扰素γ受体的表达，然后再次重复了奥西亚斯·斯图曼的实验，你猜怎么着？

缺少干扰素γ受体的实验组小鼠对致癌物甲基胆蒽的敏感程度是正常小鼠的10-20倍！

第二个实验用了另一种近交小鼠种系。施莱伯团队巧妙地通过剔除免疫需要的基因Rag2和stat1，获得了完全免疫缺陷的小鼠。因为这两种基因的作用是参与DNA双链断裂的修复，在除了淋巴细胞以外的细胞中不表达，因此这种联合缺陷小鼠体内完全没有T细胞，B细胞和NK细胞等淋巴细胞。科学家用这种完全免疫缺陷的小鼠再次重复奥西亚斯·斯图曼的实验。

13-24周完全免疫缺陷小鼠中，26只小鼠全部发现自发性肿瘤，主要是在肠道中，其中8只小鼠有恶性前肠腺瘤，17只有肠腺癌，1只有肠腺瘤和肺腺癌。根据未公开的数据，实验组还发现了自发性的上皮肿瘤。

相比之下，年龄在13-24个月的20只野生型小鼠中只有5只发生自发性肿瘤，主要是良性肿瘤。

因此，小鼠淋巴细胞不仅可以保护宿主免受化学诱导的原发性肉瘤的形成，还可以预防自发性上皮肿瘤的发生。

“免疫监视”理论大获成功！以上两个实验证明了免疫系统能够识别和消除原发性肿瘤，并且淋巴细胞和它们产生的细胞因子在这个过程中很重要。

施莱伯团队的这项研究论文，发表在2001年4月26日出版的英国《自然》（Nature）杂志上。其第一作者为罗伯特·施莱伯（Robert D.Schreiber），来自路德维希癌症研究所（Ludwig Institute for Cancer Research）和纪念斯隆-凯特琳癌症中心（Memorial Sloan-Kettering Cancer Center）的劳埃德·奥尔德（Lloyd J.Old）为合作作者。论文中的实验证据明白无误地表明：免疫系统能够、且经常会阻碍肿瘤的形成；在对抗癌症的过程中，免疫系统扮演着重要的保护性角色。

肿瘤免疫治疗的故事才刚刚开始。预知后事，且听下回分解。

（故事未完，精彩待续。）

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