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脑癌是脑部出现的一种严重病变，此类疾病发生后会对身体造成很多损伤，比如失明、瘫痪、精神失常、甚至死亡等。 其中，胶质母细胞瘤（GBM）是一种最常见也是最具侵袭性的脑癌，其 5 年总生存率是所有人类癌症中最差的肿瘤之一。这种疾病恶性程度高、临床治疗效果差，往往难以治愈。通常，确诊后的典型生存期为 12-15 个月，只有不到 3%-7% 患者的生存时间能超过五年。 近日，哈佛大学布莱根妇女医院的科研人员提出了一种靶向脑癌的新方案，即能够同时杀伤并预防脑癌复发的双功能癌症疫苗。这是一种双功能的细胞疗法，研究人员通过基因编辑工具 CRISPR-Cas9 将活的癌细胞设计改造为高效的抗癌剂。这种疫苗不仅可以直接杀伤肿瘤细胞，还可以帮助免疫系统记住癌细胞的“长相”，防止癌症复发。相关研究已经发表在 Science Translational Medicine 上。
（来源：Science Translational Medicine） 在试验中，研究人员已经在晚期胶质母细胞瘤小鼠中测试了双功能癌症疫苗的安全性和有效性，并取得了令人鼓舞的结果。 论文的第一作者是布莱根妇女医院博士后研究员 Kok Siong Chen 博士，通讯作者是布莱根妇女医院神经外科研究副主任、干细胞和转化免疫治疗中心主任兼哈佛大学教授 Khalid Shah 博士。Khalid Shah 实验室的重点研究方向是开发和测试针对脑癌的新型靶向细胞疗法。最近设计了通过 CRISPR/Cas9 可靶向肿瘤细胞的治疗方法，敲除了细胞表面受体并释放靶向配体杀伤肿瘤细胞。比如说，该实验室已经证明重新设计的治疗性肿瘤细胞（therapeutic tumor cells，ThTC）在脑癌小鼠模型中具有显著的治疗效果。
▲图｜左为 Khalid Shah，右为 Kok Siong Chen（来源：布莱根妇女医院官网） Khalid Shah 在官方通稿中指出，我们的目标是采用一种创新且可转化的方法开发出一种治疗性的抗癌疫苗，并在领域内产生深远影响。这种治疗策略适用于更多实体瘤，接下来我们将会对该治疗策略的应用潜力做进一步的研究。 双功能疫苗让癌细胞“叛变”，已初步验证疗效癌症疫苗是当前肿瘤治疗极其重要的一个研究方向，技术路径多样，包括灭活肿瘤疫苗、mRNA 肿瘤疫苗。灭活肿瘤疫苗需要裂解或辐射灭活治疗性肿瘤细胞，然后再注射到人体增强免疫反应，多项研究显示这种方式的疗效有限。 “我们团队追求一个简单的想法，将癌细胞'叛变’，也就是将癌细胞转化为癌症疫苗等抗癌剂。”Khalid Shah 说。 与灭活肿瘤疫苗不同，该研究团队决定采用双功能治疗的方法——基于活肿瘤细胞的双功能癌症疫苗，这种治疗方法具有直接杀伤肿瘤和免疫刺激作用。 研究团队指出，活的肿瘤细胞会像归巢的“信鸽”一样，通过在脑部长途跋涉最终回到其他癌细胞的所在位置。利用这一特性，通过 CRISPR/Cas9 改造活的肿瘤细胞，改造后的细胞可以释放肿瘤杀伤剂和免疫调节剂，既可以杀伤肿瘤细胞，也可以激活记忆性免疫反应，预防肿瘤复发。
▲图｜双重作用脑癌疫苗能够杀伤肿瘤（来源：Science Translational Medicine） 具体来说，研究团队首先用 CRISPR/Cas9 敲除肿瘤细胞上的干扰素-β (IFN-β)特异性受体，将肿瘤细胞从对干扰素-β 敏感转化为对 IFN-β 具有抵抗性，随后对肿瘤细胞进行改造，让其释放免疫调节剂 IFN-β 和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor） ，这些工程化的治疗性肿瘤细胞 (ThTC) 同时具备了双重功能。 此外，研究人员还在 ThTC 中加入由单纯疱疹病毒-1 胸苷激酶和雷帕霉素激活的半胱天冬酶 9 组成的双重安全开关（ double kill-switch ），以确保这种治疗方法的安全性。当激活双重安全开关时，就可以根据实际情况清除 ThTC。 接下来，研究团队进行了将双功能 ThTC 进行了体内和体外试验，研究发现，ThTC 在体外试验中均可抑制肿瘤生长，在体内试验中同样抑制肿瘤生长，并诱导了 T 细胞介导的获得性免疫。 然后，将经过工程化改造的肿瘤细胞注射到小鼠体内，试验显示，ThTC 组的 12 只小鼠中有 10 只在治疗 8 天后完全根除了腔内残留的肿瘤细胞。与对照组相比，ThTC 组的中位生存率显著提高。 根据免疫荧光染色分析，与其他组相比，ThTC 组观察到了更多胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶 3（Caspase-3）切割现象，这是细胞凋亡过程中的一个关键酶。然后，在免疫缺陷非肥胖糖尿病小鼠重复了试验，研究显示接受 ThTC 治疗的肿瘤部位观察到更多凋亡细胞，这进一步证实了 ThTC 可直接杀伤肿瘤细胞，且独立于免疫反应。 为了确定在清除腔内残留肿瘤细胞后，这些治疗细胞是否能够在小鼠体内诱导长期免疫反应，科研团队在小鼠对侧大脑中植入 sGBM-FmC 细胞，在这些小鼠中未观察到肿瘤生长迹象。这些结果表明 ThTC 可以有效地清除残留的肿瘤细胞，并诱导小鼠的适应性免疫。
▲图｜ThTC 清除腔内残留的肿瘤细胞，并通过招募抗肿瘤免疫细胞防止复发（来源：上述论文） 他们还评估了 ThTC 在复发性 GBM 小鼠模型中的治疗效果，接受 ThTC 组治疗的 7 只小鼠中有 5 只完全清除了腔内残留的肿瘤细胞，与其他组相比，ThTC 组小鼠的中位生存期显着提高。这些发现表明 ThTC 可以有效靶向化疗耐药的复发性肿瘤细胞。 通过体内和体外试验，研究人员证实了双功能 ThTC 在脑癌治疗中的潜力。在安全性方面，Khalid Shah 指出，双功能细胞治疗内置的安全开关可以对癌细胞进行重编程，并选择性关闭。这种方法在小鼠模型中既具有安全性，也具备有效性。 预计未来 3-5 年进入临床阶段，还可应用于多种实体瘤在试验中，研究人员在人 GBM 细胞系、患者来源的 GBM 细胞系以及人源化 GBM 小鼠模型中进行了验证。研究显示，人 ThTC 具有杀伤肿瘤能力，且随着共培养的时间增加，细胞毒性也随之增加。接受双功能细胞治疗后，可抑制人源化小鼠体内肿瘤的生长且提高了人源化小鼠的存活率。 Khalid Shah 在通稿中表示，我们已经在模拟人类免疫微环境的骨髓、肝脏和胸腺细胞来源于的小鼠模型中验证了 ThTC 治疗的效果、安全性以及适用性，这些为临床转化工作铺平了道路。我们有计划推动转化工作，初步预计这种治疗方法可能会在未来3到5年内进入临床试验阶段。 值得一提的是，本研究的通讯作者 Khalid Shah 目前拥有 10 多项专利，且已经创立了两家生物技术公司，这两家公司的主要目标是推动治疗性细胞用于治疗癌症患者的临床转化工作。比如说，Khalid Shah 拥有 Amasa Therapeutics 的股权并且是其科学顾问委员会成员。这是一家开发基于干细胞癌症疗法的生物制药公司，旗下产品 AMA-001 是一种封装的同种异体干细胞产品，它表达一种配体，可以特异性结合肿瘤细胞上的细胞表面受体和一个可成像的安全杀伤开关。
▲图｜在研管线（来源：Amasa Therapeutis 官网） 研究人员也坦言，双功能疫苗虽然试验结果极具潜力，但是应用于临床还需要做很多工作。比方说，肿瘤微环境对于该疫苗应用于人体至关重要，不过目前的研究并没有太多解释如何重塑肿瘤微环境。还需要进一步研究以了解基于 ThTC 的疗法如何激活肿瘤抗原呈递和肿瘤特异性 T 细胞免疫的机制。因此，需要后续研究工作进一步阐释这些问题，以及与双功能疫苗相关的其他因素。 该团队还表示，目前正在研究这些限制，并计划开发下一代自体和同种异体工程化肿瘤细胞疫苗。 除了 GBM 等脑癌以外，研究人员还指出，这种治疗策略同样适用于其他多种实体瘤，包括骨肉瘤、皮肤癌以及淋巴瘤。不过，他们也表示，还需要对其应用做进一步研究。 “总之，我们的研究建立了一种基于双功能治疗癌细胞的治疗策略，可以直接靶向肿瘤细胞并间接诱导免疫介导的细胞死亡和持久免疫，以防止肿瘤复发和进展。 我们的研究表明，将分泌 IFN-β/GM-CSF 的 ThTC 引入切除腔可导致转录和细胞重编程，将免疫抑制性 TME 转化为免疫刺激性 TME。这种使用 ThTC 的治疗策略具有稳健性和广泛的适用性，有潜力通过预防多种肿瘤的进展、复发和转移。我们设想这种双功能治疗性癌细胞可以为患者提供个性化的细胞疗法并最终改善癌症患者的临床治疗。”研究人员在论文中总结道。 |
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