
2026年3月10日发表于nature biotechnology
基因组测序能力的变革性进步、HLA I类表位预测算法的极大改进以及强大的递送平台,促进了针对肿瘤突变所编码新抗原的疫苗的临床开发。早期临床试验表明,针对新抗原的疫苗接种可以诱导强效且持久的T细胞免疫,这种免疫可能持续数十年。最初为癌症应用开发的mRNA疫苗,由于其效力和可规模化的生产能力,已显示出相当大的前景,正如在SARS-CoV-2大流行期间所证明的那样。然而,最佳的癌症疫苗平台和递送策略尚不明确,因为目前的方法尚未进行头对头比较,而且在提高免疫原性和潜在临床疗效方面仍可实现实质性的技术进步。例如,脂质基制剂虽然是有效递送mRNA疫苗所必需的,但也可能提高肽和其他递送策略的免疫原性。本文我们回顾了新抗原疫苗在临床上的现状,并强调了该领域出现的进展机遇。
疫苗接种代表了一种有吸引力的癌症治疗策略,因为疫苗可以引发有效、持久且肿瘤特异性的免疫反应。经过一个多世纪的探索——在临床上大多未获成功——近期的一些发展已将疫苗接种推向了癌症治疗的前沿,成为一种有前景的疗法。适应性免疫系统识别并清除通常在病原体上表达的非自身分子的能力,包括由肿瘤基因组异常转录和翻译产生的基因产物,为癌症疫苗的开发提供了令人信服的(新)抗原来源。通过下一代测序快速且经济高效地识别肿瘤突变的能力,以及大大改进的I类表位预测工具的开发——这些工具得益于机器学习和大量患者特异性HLA数据的整合——使得长期以来难以实现的新抗原(一类关键的肿瘤特异性抗原)的治疗性靶向成为可能。
肿瘤突变诱导抗肿瘤T细胞反应的能力(突显了其作为有效疫苗靶点的潜力)在近半个世纪前就首次得到证实。然而,由于大多数肿瘤突变不在肿瘤间共享,直到现代基因组测序技术的出现和成熟,针对个体肿瘤突变的疫苗才得以设想用于临床应用。为该领域注入新活力的其他进展包括免疫检查点阻断(ICB)在多种癌症类型治疗中的广泛疗效和应用,以及mRNA技术——经过数十年的工程化工作(包括RNA修饰和脂质纳米颗粒(LNP)技术)——可以作为一种有效、通用且可扩展的疫苗平台的证明。进一步的技术进步,例如应用人工智能和精密的质谱技术来改进新抗原发现,以及单细胞基因组学、转录组学和蛋白质组学——现在融入了改进的空间分辨率——增强了我们设计更有效疫苗的能力,并了解其在前瞻性人体临床试验中对体内的影响。
成功的临床开发路径需要仔细考虑疫苗抗原(共享抗原与个体化抗原,靶点发现)、递送平台(RNA、DNA、肽、病毒和基于细胞的方法)以及癌症背景(晚期疾病与辅助治疗,肿瘤类型)。本综述概述了该领域的最新进展,重点关注过去五年半以来加速报道的关键试验领域和见解。
共享与个体化靶点(新)抗原
迄今为止开发的大多数新抗原癌症疫苗都专注于通过常规基因组测序可检测到的单核苷酸变异(SNV)和插入缺失标记。然而,推定的新抗原发现空间相当广阔,因为肿瘤基因组的异常转录和翻译提供了额外的有价值靶点。大多数新抗原导向疫苗迄今为止都采用定制方法。然而,针对共享肿瘤突变的预制疫苗也已得到研究。
共享新抗原疫苗
针对肿瘤间共享的遗传畸变的疫苗绕过了定制的需要,因此相对具有成本效益,并能适应广泛的治疗环境。鉴于当前新抗原发现方法的局限性,共享新抗原疫苗方法主要集中于致癌驱动突变,这些突变本质上是克隆性的,即存在于大多数癌细胞中,对其生存和进展至关重要。尽管个体化新抗原疫苗(也称为"个体化癌症疫苗"(PCV))的生产时间表近年来已大大缩短,但共享(即用型)疫苗的即时可用性使得设计更灵活的治疗方案成为可能。这些包括:(1)通常的晚期疾病环境(需要迅速部署治疗;下文将详细讨论),(2)在开始使用抗PD-1或基于抗PD-1的联合治疗之前启动疫苗接种的机会(临床前研究表明这会促进功能失调性T细胞频率的增加),以及(3)纳入新辅助治疗方案的可能性。鉴于最近在高危黑色素瘤、非小细胞肺癌(NSCLC)和头颈癌患者中证明的围手术期给予ICB优于辅助(术后)单独治疗的疗效,探索新辅助疫苗联合ICB的方案颇具吸引力,并且利用现有技术和即用型药物更具现实性。此外,在ICB治疗前用疫苗启动和激活肿瘤特异性T细胞反应(即在抵消抑制信号之前,增加肿瘤特异性T细胞的频率并将其驱动进入肿瘤)在机制上也是合理的。值得注意的是,临床前研究表明,对启动不足的CD8+T细胞进行PD-1抑制可能导致以PD-1和CD38表达为特征的功能失调表型的诱导,这进一步支持了"疫苗优先"的治疗策略。
迄今为止,共享新抗原疫苗面临的一个关键挑战是该类抗原靶点的相对稀缺。致癌驱动突变通常仅存在于肿瘤的亚组中,这大大限制了患者的资格以及在给定患者中可以靶向的抗原数量。临床开发中的共享新抗原疫苗主要靶向驱动基因的个体突变,如KRAS、TP53或表皮生长因子受体(图1)。针对共享新抗原的疫苗所能覆盖的患者范围可能因HLA限制而进一步缩小,即只有具有相关HLA单倍型、能够识别由给定驱动突变编码的新抗原的患者,才能成为相应疫苗的候选者。然而,最近一项针对胰腺癌或结直肠癌患者靶向KRAS-G12D和KRAS-G12R突变的疫苗研究报告称,在具有与先前报道的CD8+T细胞反应限制性不同的I类等位基因的患者中检测到了疫苗特异性T细胞反应。这种合成长肽(SLP)疫苗通过化学修饰连接了白蛋白结合脂质部分以改善淋巴结(LN)递送,并靶向KRAS-G12D和KRAS-G12R,显示出强大的免疫原性,且与延长的无进展生存期和总生存期相关。在25名患者中的21名(84%)中,包括最高剂量组100%的患者,通过FluoroSpot或细胞内细胞因子染色检测到了针对突变型KRAS抗原的离体T细胞反应。

图1. 共享疫苗与个体化疫苗中的靶向新抗原。共享的即用型疫苗通常仅靶向由驱动突变编码的一种新抗原。它们可以由单一抗原(左)或一组抗原(中)组成。混合型共享疫苗适用于更大范围的患者,但其大部分抗原由个体患者肿瘤中不存在的突变编码。相比之下,个体化癌症疫苗(PCV)(右)是定制的,主要靶向根据其在个体患者肿瘤中存在与否而选择的私有突变。
扩大共享新抗原疫苗合格患者候选人数量的一个潜在策略是设计一种即用型疫苗,其中将由常见驱动突变编码的抗原和由常见HLA等位基因限制的抗原混合在一起(图1)。这种方法已通过使用异源ChAd68/自扩增RNA初免-加强共享疫苗方法进行了测试。该疫苗靶向20种由常见致癌驱动突变(包括KRAS和TP53)编码的共享新抗原,这些抗原是使用基于新抗原在HLA I类上呈递的专有抗原预测模型选择的。该临床试验在既往接受过治疗的NSCLC、结直肠癌、胰腺癌和卵巢癌患者中进行,其中大多数患者的肿瘤携带KRAS突变。疫苗接种耐受性良好,部分患者获得了一定程度的肿瘤控制。免疫评估显示,离体T细胞反应主要针对TP53表位——被称为"肿瘤无关"表位,因为尽管这些表位可能由患者的HLA等位基因呈递,但它们并不在患者的KRAS突变肿瘤中表达。这些观察结果被解释为存在免疫优势等级,其中针对肿瘤相关但处于次优势地位的肿瘤抗原的T细胞反应可能被针对无关新抗原的优势反应所竞争,从而可能削弱疫苗诱导的T细胞反应的有效性。确实,质谱分析表明,当单个KRAS新抗原(G12V、G12D和G12C,均预测结合HLA-A*11:01)仅存在于疫苗表位盒中时,其在人HLA-A*11:01单等位基因细胞系上的密度比存在于包含所有新抗原(包括TP53)的SLATEv1疫苗盒中时增加了三倍。在仅含KRAS的盒中加入同样预测结合HLA-A*11:01的TP53表位,导致KRAS-G12D和KRAS-G12V表位密度降低了两倍。这种密度降低未在由KRAS-Q61H编码的表位中观察到,该表位受HLA-A*01限制,而SLATE疫苗中未包含预测与其结合的竞争性新表位。与接受SLATE疫苗治疗的患者观察结果一致,用编码整个SLATEv1疫苗新抗原(VNA)盒的疫苗免疫HLA-A*11:01转基因小鼠,未能产生针对KRAS-G12D的反应。然而,在用编码KRAS新抗原的疫苗免疫后,观察到了针对KRAS-G12V的特异性反应。当用编码KRAS和TP53新抗原的单独载体免疫小鼠时,未观察到免疫优势。通过将KRAS新表位的多个拷贝整合到疫苗中,可以增强免疫原性,这为开发混合型共享新抗原疫苗提供了潜在的未来路径。
个体化癌症疫苗
迄今为止在临床上测试的大多数新抗原疫苗靶向的抗原,是由来自患者肿瘤和正常细胞(通常是外周血单核细胞)的全外显子组或全基因组DNA测序以及RNA测序数据的突变检出得出的SNV或插入缺失标记编码的抗原。最合适的新表位是基于预测的与I类和/或II类HLA分子的结合能力,以及大量其他特性(如突变检出的质量、RNA支持程度、克隆性、与自身的相似性、TCR结合以及其他变量)来选择的。值得注意的是,针对多样化新抗原集合的疫苗接种策略被认为对于解决肿瘤固有的遗传异质性和进化挑战至关重要,因为新抗原谱系可能高度可变,并且随时间推移和治疗而不同。PCV能够靶向多种新抗原——而不是像共享疫苗方法那样仅靶向单一复发驱动突变——因为SNV和插入缺失标记在多种肿瘤类型中都很丰富。此外,虽然新抗原预测在过去十年中有所改进,但当前的新抗原发现方法尚不能可靠地预测能够引发肿瘤特异性、功能性和临床有效免疫反应的新抗原。因此,通过靶向不止一种新抗原来增加"射门次数",也是解决对推定VNA免疫原性预测不准确这一局限性的实用方法。
靶向(新)抗原的未来方向
癌症疫苗的另一类来源和新型肿瘤特异性抗原,不同于通过全外显子组测序和生物信息学表位预测鉴定的新抗原,是潜在广阔且迄今尚未充分探索的隐秘或非经典抗原空间。这些非常规肽源于肿瘤相关的非经典事件,包括非编码DNA区域的翻译和mRNA的可变剪接。最近对实体瘤患者(包括胰腺导管腺癌、卵巢癌、黑色素瘤和NSCLC)来源的肿瘤组织进行的研究揭示,这些肿瘤中HLA I类结合肽的很大一部分是非经典的。此外,许多这些肽是肿瘤独有的,在多名患者的肿瘤中共享,并能引发肿瘤特异性T细胞反应,强调了它们作为共享疫苗靶点的潜力。至少在原则上,不在肿瘤间共享的隐秘抗原也可以为PCV提供新的新抗原靶点。然而,鉴定这些肽需要先进的技术,如免疫肽组学和核糖体分析——这些方法迄今依赖于相对大量的肿瘤组织或肿瘤来源的类器官,这对定制化方法构成了巨大挑战。
内源性逆转录病毒(ERV)代表了另一个适合共享疫苗策略的新抗原潜在来源,它们可由肿瘤相关基因组事件重新激活,并在癌症患者中引发T细胞反应。最近一项在肾细胞癌(RCC)中的研究鉴定了几种由缺氧诱导因子转录因子诱导的ERV,该因子在RCC中因von Hippel-Lindau肿瘤抑制基因失活而上调。内源性逆转录病毒来源的肽在人RCC细胞系以及人肾癌中均由HLA I类分子呈递。这些肽的一个子集在接受免疫治疗(包括接受ICI治疗的von Hippel-Lindau突变型RCC患者)有反应的患者中诱导了T细胞反应,表明ERV可以为新抗原疫苗提供有价值的靶点。
新抗原导向疫苗的递送策略
疫苗抗原可以使用多种平台递送至宿主,包括基于细胞的方法(最突出的是树突状细胞(DC)疫苗)、病毒或细菌载体、肽或蛋白质制剂以及核酸。在SARS-CoV-2疫苗的成功和临床肿瘤学研究新兴数据的推动下,RNA疫苗方法近来获得了显著的发展势头。值得注意的是,RNA癌症疫苗的开发早于——并在一定程度上促成了——SARS-CoV-2疫苗的快速开发,使其在大流行开始后不到一年内即获得监管批准并可用于数亿人。这种与SARS-CoV-2疫苗相关的快速技术进步和RNA制造能力的规模化反过来又推动了癌症疫苗领域的进展。然而,尽管不同疫苗平台的优缺点已得到公认(表1),但递送策略尚未在临床上进行直接比较,且现有的系统性比较临床数据非常有限(如果有的话)。
RNA疫苗
在1961年被发现后的几十年里,mRNA被认为太不稳定,无法作为治疗剂递送。开发载体配方以保护mRNA在体内免于降解,并允许有效递送至目标细胞,以及突破性的发现——修饰RNA碱基可以减轻先天免疫识别并增强RNA稳定性和蛋白质翻译——已将mRNA推动成为癌症疫苗的一个极具吸引力的平台。RNA具有内在的免疫佐剂特性,因为单链和双链RNA分子作为病原体相关分子模式,从而触发I型干扰素的产生,这对于建立有效的抗肿瘤T细胞反应至关重要。因此,虽然这对细胞内有效翻译成蛋白质不利,但这种"内置"的免疫刺激特性在癌症疫苗接种的背景下原则上是有益的。正如临床前和临床研究所证明的,Toll样受体(TLR)介导的、I型干扰素驱动的免疫效应对于静脉内递送的基于脂质复合物的未修饰RNA疫苗的疗效至关重要。
RNA疫苗由可翻译的RNA组成;即可以在细胞内翻译成蛋白质的RNA分子,而不是短寡核苷酸(如反义寡核苷酸或小干扰RNA)。由于RNA分子的不稳定性,RNA疫苗需要在基于脂质的载体中递送。用于局部给药(例如,肌内)的LNP和用于全身递送(静脉内)的脂质复合物已成为临床上最有效的载体。mRNA是迄今为止最常用的RNA疫苗递送形式。mRNA疫苗由单链RNA组成,并包含五个必需的结构组分——一个5'帽、一个5'UTR、编码疫苗抗原的区域、一个3'UTR和一个poly(A)尾(图2)。通过序列和结构修饰来改善特性(包括半衰期和稳定性、翻译成蛋白质、定向进入特定细胞内区室和抗原呈递)为提高基于RNA的癌症疫苗的疗效提供了机会。3'UTR和5'UTR的组成均影响稳定性和翻译效率。5'帽保护RNA免受核酸外切酶的降解,从而同样增强稳定性和翻译。深度学习和人工智能方法已显示出在实现快速RNA设计和序列优化方面的巨大潜力;然而,它们尚未被整合到当前的RNA疫苗递送平台中。虽然已经取得了相当大的进展,但对mRNA疫苗各个序列元件的化学修饰及其影响的免疫原性、稳定性和翻译效率的知识仍处于相对早期的阶段。需要更精确地修改不同RNA元件的新策略。工程化RNA的化学修饰增加了生产过程的复杂性,因为每次修饰都需要特定的合成条件和试剂。此外,化学修饰会影响修饰后RNA的稳定性,从而影响确保最终RNA产品完整性的储存条件。这些额外的复杂性对可扩展性有影响,并导致RNA疫苗的总体成本高昂。
表1. 疫苗平台概览(RNA与肽)

RNA疫苗的未来方向
虽然RNA固有的TLR介导的免疫刺激特性表明外部免疫佐剂是非必需的,但最近的一项临床前研究表明,将编码白细胞介素-12(IL-12)的mRNA与针对卵清蛋白(OVA)或病毒抗原(SARS-CoV-2和流感)的mRNA LNP疫苗共同封装在LNP中共同给药,可以增强CD8+T细胞的效应功能、记忆和增强的功能性。除了改善针对传染源的CD8+T细胞免疫外,OVA mRNA-LNP与IL-12 mRNA-LNP的共同给药在B16F0黑色素瘤模型中提高了治疗效果。这些数据为进一步增强RNA疫苗引发的抗原特异性T细胞免疫提供了潜在的路线图。其他具有超越IL-12优势特性的细胞因子,如IL-15或IL-7,以及大量刺激剂——包括DC生长因子或共刺激分子——是一个丰富的潜在工具包和探索试验场。除mRNA之外的其他RNA类型可能进一步增强免疫原性。例如,源自RNA病毒(如甲病毒)基因组或全合成RNA的自复制RNA疫苗,除了编码抗原有效负载外,还编码可以产生新RNA拷贝的RNA聚合酶,从而导致靶抗原表达水平更高且更持久。这种方法结合基于腺病毒的递送平台,已在临床试验中进行过测试,并在下面的mRNA疫苗部分有更详细的描述。
合成长肽疫苗
基于肽的抗原递送平台用于癌症疫苗有着悠久的记录,过去四十年来进行的数百项临床试验(包括III期注册研究)证明了这一点。历史上,癌症肽疫苗试验大多针对少量肿瘤相关抗原,而非肿瘤特异性新抗原或病毒抗原。许多研究使用短肽(8-10个氨基酸长度),旨在紧密贴合HLA I类结合槽,从而直接与溶细胞性CD8+T细胞相互作用。然而,虽然靶向CD8+T细胞——被认为是介导抗癌免疫的关键T细胞亚型——但短肽不由HLA II类呈递,也不需要专业抗原呈递细胞进行抗原加工,因此导致T细胞启动效果不佳且缺乏CD4+T细胞的参与,而后者越来越被认为在介导抗肿瘤活性中也很重要。
肽疫苗通常耐受性良好;事实上,在人体肽疫苗研究中观察到的毒性很大程度上归因于疫苗配方和所使用的佐剂,而非肽本身。肽的良好安全性部分归因于其缺乏内在佐剂功能(与RNA固有的TLR激动作用相反),因此需要与免疫佐剂一起配制。值得注意的是,虽然缺乏内在佐剂性似乎是肽作为疫苗递送平台的一个缺点,但将抗原递送载体(与主要组织相容性复合体(MHC)和T细胞受体(TCR)相互作用的肽配体)与佐剂(介导先天免疫且通常是毒性的主要原因)解耦的能力可能对临床开发有利。
肽作为PCV递送平台的局限性包括氨基酸序列特异性的药理学挑战和相对较长的生产时间,通常为数周。时间延迟以及无法合成和溶解由新抗原发现管道产生的许多精心挑选的新抗原候选物,是个体化疫苗领域的局限性。对于具有高肿瘤突变负荷(TMB)的肿瘤,如黑色素瘤和NSCLC,针对多抗原的个体化肽疫苗的序列特异性合成限制可能会影响免疫原性(一些预测的免疫原性新表位无法包含在内),同时可能阻碍在具有低TMB且推定新抗原靶点可用性有限的肿瘤中完全生成此类疫苗。此外,肽疫苗可以包含的新抗原靶点的最大数量也受到药理学限制,最显著的是溶解度。
合成长肽疫苗的未来方向
肽生产技术的进步,例如快速流动合成,通过将酰胺键偶联时间从几分钟或几小时缩短到几秒钟,减少了单个肽的生产时间,为应对临床生产挑战提供了机会。此外,虽然LNP或脂质复合物技术对于有效递送RNA疫苗至关重要,并且现在常规用于患者(例如,SARS-CoV-2疫苗),但基于纳米颗粒的肽疫苗递送尚未进入临床实践,尽管在小鼠和非人灵长类动物中显示出优越的免疫原性。

图2. RNA和肽新抗原疫苗的组成与给药。在当前的新抗原疫苗配方中,本质上不稳定的RNA使用脂质体-LNP(例如,mRNA-4157,Moderna;左)或脂质复合物(例如,autogene cevumeran,BioNTech;中)进行递送。
新抗原肽与TLR激动剂胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤寡脱氧核苷酸(CpG ODN)一起,当用可溶性高密度脂蛋白(sHDL)纳米盘配制时,被发现能诱导比可溶性肽+佐剂高出数倍幅度的疫苗特异性细胞毒性T淋巴细胞反应。纳米盘配方实现了高效的抗原递送至LN,并维持了抗原呈递和T细胞的交叉启动。当用与sHDL和CpG ODN配制的OVA MHC I类限制性肽(SIINFELK或CSSSIINFELK)免疫C57BL/6小鼠时,通过MHC-I四聚体检测到的疫苗特异性CD8+T细胞频率达到循环CD8+T细胞的20%,而用可溶性肽+CpG ODN免疫后为1%-3%。在用sHDL配制的MC38模型中鉴定的新抗原Adpgk免疫C57BL/6小鼠时,与单独使用Adpgk+CpG相比,观察到免疫原性有更大的增强。此外,使用sHDL-Adpgk+CpG联合PD-1阻断进行疫苗接种,导致100%的小鼠肿瘤完全消退,而使用可溶性Adpgk+CpG联合PD-1抑制的小鼠仅有25%达到肿瘤完全消退。
另一种纳米颗粒肽疫苗方法(SNP-7/8a),迄今仅在临床前模型中测试过,由在N端和C端连接了电荷修饰和疏水性寡肽的抗原肽组成,导致自组装成纳米颗粒胶束。疏水性寡肽与精确数量的小分子咪唑喹啉基TLR7/8激动剂偶联,选择这些激动剂是基于其疏水特性和刺激先天免疫通路的能力。与可溶性长肽相比,SNP-7/8平台引发的CD8+T细胞反应幅度增加了约20倍。在引流LN中携带疫苗抗原的CD11c+DC的比例显著增加(从约1%增至约35%)。静脉注射SNP-7/8引发了具有干细胞样特征的T细胞反应,并导致肿瘤消退和具有免疫抑制特征的单核细胞减少。此外,工程化抗原肽递送系统——例如,通过靶向DC上的XCR1受体——已显示出增强的疗效,为它们在临床上的应用提供了概念验证。
DNA疫苗
DNA作为疫苗抗原递送载体,与RNA一样具有多功能性和直接生产的许多优点。与RNA相比,DNA高度稳定,因此易于储存和运输。然而,由于其糖磷酸骨架上的带负电磷酸基团,以及必须穿过给定细胞的质膜和核膜,加上细胞外空间中核酸酶介导的降解,DNA疫苗递送需要特殊技术,如电穿孔、喷射注射、基因枪递送或使用重组病毒载体。编码疫苗抗原的DNA被注射部位的细胞摄取,转录为RNA并翻译成蛋白质,导致疫苗抗原的持续表达。这些抗原也被局部的抗原呈递细胞摄取,从而诱导T细胞反应。DNA癌症疫苗的进展包括注射技术的改进、DNA载体序列的优化设计以及配方的改良,这些在其他地方已有更详细的综述。
其他疫苗递送方法
值得注意的是,2015年报道的首个新抗原PCV临床试验使用的是DC方法。虽然DC疫苗在过去已被广泛评估,并且仍然是癌症疫苗递送的一个有吸引力的选择,但靶向新抗原的DC疫苗尚未在临床环境中广泛测试。一个例外是一项在十名手术切除的NSCLC患者中进行的小型研究,该研究证明了安全性和适度的免疫原性。十名患者中有六名可以生产出疫苗(受限于新抗原靶点的可用性)。在SLATE和GRANITE试验中,评估了一种异源初免-加强方法,包括使用黑猩猩腺病毒初免,随后使用自扩增RNA加强,以递送靶向20种新抗原的即用型新抗原疫苗(SLATE)或PCV(GRANITE)。由大猿腺病毒(初免)和改良的安卡拉痘苗病毒(加强)组成的异源初免-加强方案,正在针对微卫星不稳定胃肠道癌症患者进行的靶向由插入缺失标记编码的209种移码肽的即用型疫苗临床试验(NCT04041310)中进行评估。
PCV临床试验中强效T细胞免疫和抗肿瘤活性的积累证据
在黑色素瘤患者中进行并于2015年至2017年间报道的第一波基础性临床试验证明了靶向新抗原的PCV的可行性、安全性和免疫原性,然而,这些研究并非旨在评估临床疗效。尽管如此,即使在这些小型试验中,也检测到了临床疗效的初步信号,包括接种疫苗后复发减少,以及在接受长肽PCV后接受抗PD-1治疗的患者中观察到持续10年以上的持续完全缓解。基于这一证据,几项评估不同疫苗平台和策略在多种实体瘤患者中效果的大型非随机临床试验已经完成并报道。在这些研究中,疫苗特异性免疫(通常持续数年)已得到一致证实。此外,通过在这些临床试验中的许多试验中进行严格、全面的前瞻性生物样本收集(包括系列白细胞单采血液、肿瘤和疫苗注射部位活检),深入的关联研究为疫苗诱导的T细胞免疫以及支持这些疫苗临床疗效的额外间接证据提供了进一步的见解。
合成长肽疫苗
在两项测试SLP PCV联合ICB用于黑色素瘤、NSCLC和尿路上皮癌,以及联合ICB和化疗用于NSCLC的临床试验中,在大多数接受测试的患者中观察到了表位扩展(表2)。T细胞反应范围扩大到包括未包含在疫苗中的新抗原,这表明疫苗介导的肿瘤细胞杀伤导致了额外新抗原的释放。值得注意的是,在两项研究中,表位扩展均与延长的无进展生存期(PFS)相关。在一项包括晚期黑色素瘤患者队列的临床试验中,通过系列核心肿瘤活检评估的病理反应显示,九名患者在疫苗接种后从部分病理反应转为完全反应,这与延长的PFS相关,并提供了疫苗介导肿瘤活性的进一步间接证据。最近一项在实体瘤和血液系统恶性肿瘤患者中检查另一种SLP PCV的1期研究显示,延长的总生存期(OS)与针对更大比例VNA的T细胞反应之间存在关联。通过离体IFN-γ酶联免疫斑点试验(ELISpot)评估,13名患者中126种免疫新抗原中的44%引发了T细胞反应,基线和第16周之间的反应幅度平均增加了16倍。除了疫苗诱导的T细胞免疫外,通过定制ELISA在12名分析患者的大多数血清中检测到了新抗原特异性IgG或IgA抗体。通过体外刺激评估的疫苗诱导T细胞反应揭示了针对大多数疫苗新抗原的多功能CD4+和CD8+T细胞反应。通过对未刺激和新抗原刺激的T细胞进行批量TCR Vβ测序追踪TCR克隆,揭示了疫苗接种后TCR库的扩增。在另一项测试相同PCV策略联合抗PD-L1抗体atezolizumab用于尿路上皮癌患者的临床试验中,在所有接种疫苗的患者中都观察到了疫苗诱导的T细胞反应。在一项针对高危或晚期黑色素瘤患者的研究中,我们证明了将油乳剂Montanide添加到TLR3激动剂poly-ICLC中,并与局部ipilimumab联合给药,增强了我们的个体化新抗原SLP疫苗诱导的T细胞反应的幅度和质量。批量TCR测序揭示了疫苗接种后外周血中出现了数百个新的TCR克隆,这些克隆不同于PD-1抑制后出现的克隆。四分之一的疫苗后TCR克隆型可通过体外疫苗肽刺激扩增。从肿瘤浸润淋巴细胞中重建单个TCR并进行特异性筛选发现,疫苗特异性TCR几乎只存在于疫苗接种后的肿瘤中,表明疫苗接种有能力将疫苗特异性T细胞驱动进入肿瘤。
mRNA疫苗
在迄今为止报道的最大的PCV研究中,autogene cevumeran,一种基于mRNA脂质复合物配方的PCV,在超过200名患者中进行了测试。三十名患有晚期、经过大量预处理的实体瘤患者接受了剂量递增的疫苗单药治疗(1a期)。在该研究的扩展部分,183名患有晚期实体瘤的患者——其中大多数曾接受过治疗但未使用过检查点抑制剂——接受了autogene cevumeran(最低剂量水平,25 μg)联合抗PD-L1抗体atezolizumab的治疗。在90名有血液样本可供检测的患者中,有64名(71%)通过离体IFN-γ ELISA检测到疫苗特异性T细胞反应。这些反应在不同肿瘤类型患者以及单药治疗与联合治疗之间相似。诱导离体T细胞反应的VNA(疫苗中包含最多20种)的中位数为2(范围=1-8)。大多数T细胞反应是新生反应,即在疫苗接种前未观察到;新抗原被CD4+和CD8+T细胞识别,其中以CD4+反应为主。在剂量递增队列中有可评估疾病的57名患者中,仅有3名通过实体瘤疗效评价标准评估获得了抗肿瘤反应,这表明晚期癌症不适合进行PCV的临床开发。
在一项测试由腺病毒载体初免、随后用自扩增mRNA加强(与全身性nivolumab和局部给药的ipilimumab联合给药)组成的新抗原PCV的临床试验中,在大多数患者中观察到了疫苗特异性T细胞反应。在一组经过更深入测试的患者中,疫苗引发的T细胞反应主要是CD8+T细胞反应,并且持续时间长。值得注意的是,在一组七名既往接受过治疗的微卫星稳定结直肠癌患者中,循环肿瘤DNA(ctDNA)的减少与总生存期改善相关,这一观察结果被认为提示了疫苗在这种对ICB基本耐受的肿瘤类型中具有抗肿瘤活性。
DNA疫苗
在一项1/2期临床试验中,36名既往接受过治疗的肝细胞癌患者接受了个体化新抗原DNA疫苗联合局部共同递送的质粒编码IL-12和全身性pembrolizumab。针对多达40种新抗原中的大部分,观察到了疫苗诱导的T细胞反应(表2)。客观影像学反应率为30.6%(36名患者中的11名),包括3名完全缓解,与该肿瘤类型的历史数据相比表现良好。在华盛顿大学进行的一项研究者发起的临床试验中,18名新辅助化疗后仍有残留肿瘤的三阴性乳腺癌患者接受了编码多达20种新抗原的PCV治疗。大多数患者(14/18)通过体外刺激两周后的IFN-γ ELISpot检测,产生了疫苗特异性T细胞反应。36个月时的无复发生存率为87.5%,与历史对照人群相比表现良好。
表2. 已完成并报道的测试PCV的临床试验

新抗原疫苗介导的辅助治疗中抗肿瘤活性的新兴证据
一项测试Moderna公司mRNA疫苗在黑色素瘤患者中疗效的临床试验,是唯一一项在随机2期环境中证明PCV具有临床疗效的研究。在这项研究中,157名IIIB-IV期黑色素瘤患者以2:1的比例随机分配接受靶向多达34种新抗原的修饰mRNA疫苗(mRNA-4157)联合标准治疗pembrolizumab,或接受pembrolizumab单药治疗。中位随访两年后,18个月时的无复发生存率为79%对比62%,复发风险降低了44%(风险比=0.56;P=0.052)。远处复发的风险降低更为显著,达到65%(风险比=0.347;P=0.01)。主要基于该试验有前景的结果,一系列针对几种实体瘤的2期和3期临床试验正在进行中;高危黑色素瘤的3期研究已完成入组。一旦完成,这项努力(预计入组超过3000名患者)将远远超过该领域迄今为止可获得的临床数据总量(图3)。
另一项临床试验,虽然规模较小且非随机,为PCV潜在诱导的临床疗效提供了进一步证据。这项在纪念斯隆-凯特琳癌症中心进行的研究者发起的试验,研究了将BioNTech的个体化新抗原脂质复合物mRNA疫苗autogene cevumeran纳入可手术切除的胰腺导管腺癌(PDAC)患者的标准辅助化疗方案mFOLFIRINOX中。手术后,16名患者接受了单剂抗PD-L1抗体atezolizumab,随后接种了8周准备好剂量的疫苗,之后15名患者接受了mFOLFIRINOX和一剂加强疫苗。当使用离体IFN-γ ELISpot试验以及随时间追踪TCRβ克隆型转录本来评估疫苗诱导的免疫反应时,发现了一个显著的分化:在16名患者中的8名(称为"应答者")中,通过IFN-γ ELISpot检测到针对一种或多种VNA的T细胞反应以及疫苗扩增的TCRβ克隆型,而在其他8名患者("无应答者")中,未观察到ELISpot反应,仅在1名患者中观察到一种扩增的TCRβ克隆型。中位随访18个月时,8名无应答者中有6名出现肿瘤复发,而在应答者中未观察到复发。经过3.2年的随访,在应答者中观察到的改善的无复发生存期得以维持。对TCRβ克隆型的长期追踪显示,平均估计寿命为7.7年,范围从1.5年到惊人的100年以上。整合单细胞RNA和单细胞TCR测序的计算方法使得能够对这些长期疫苗扩增的TCR克隆型进行表型特征分析随时间的变化。疫苗激活的T细胞表现出早期增殖随后收缩,同时保持组织驻留记忆状态,这反映在ZNF683的过表达上。相比之下,常规的中心或效应记忆T细胞标志物,如SELL、TCF1和IL7R,以及衰竭的表型标志物,则显著缺失。值得注意的是,在大多数应答患者(6/8)中,对在初次免疫后即刻至疫苗接种后3年以上收集的外周血单核细胞,使用先前已确认的免疫原性VNA进行体外再刺激,导致了效应细胞因子的产生和溶细胞能力。来自长寿克隆的TCR在用同源新肽刺激时,通常表现出比其野生型对应物更高的亲和力,包括在纳摩尔范围内的高亲和力TCR。这些发现表明,疫苗可以实现癌症疫苗接种的基本目标,即诱导长寿的、肿瘤特异性的T细胞免疫。在效应细胞因子的产生和溶细胞能力方面表现出能力。来自长寿克隆的TCR在用同源新肽刺激时,通常表现出比其野生型对应物更高的亲和力,包括在纳摩尔范围内的高亲和力TCR。这些发现表明,疫苗可以实现癌症疫苗接种的基本目标,即诱导长寿的、肿瘤特异性的T细胞免疫。

图3. PCV临床试验入组人数:过去与未来。已完成临床试验的参与者人数与正在进行的测试基于RNA的PCV的最大型临床试验中选定的目标入组人数对比。GBM,胶质母细胞瘤;MSKCC,纪念斯隆-凯特琳癌症中心;Autogene Cev,autogene cevumeran;Neon,Neon Therapeutics;V940,Moderna/Merck个体化mRNA新抗原疫苗;膀胱癌,膀胱癌。
测试新抗原导向疫苗的临床试验设计的未来方向
肿瘤类型
高TMB肿瘤和抗PD-1反应性肿瘤,包括黑色素瘤和NSCLC,被选为早期新抗原导向疫苗临床试验的研究对象,原因是它们具有大量推定的免疫原性新抗原靶点,并且有记录的"免疫反应性"。然而,新抗原疫苗现已在TMB较低且对抗PD-1疗法反应有限的肿瘤(如PDAC和胶质母细胞瘤)中被证明是可行的、具有免疫原性的,并可能具有临床疗效。值得注意的是,PCV中可以包含的新抗原靶点数量——至少在其当前的迭代中——受到药理学和生产限制。因此,在高突变肿瘤中,疫苗只能靶向相对较小的一部分新抗原。相比之下,在低TMB肿瘤中,疫苗可能覆盖新抗原整体景观的更大一部分。这可能代表一种潜在的治疗优势。最近一项随机IIb期临床试验(IMcode001),该试验测试了一线autogene cevumeran联合pembrolizumab对比单独pembrolizumab在晚期黑色素瘤患者中的疗效,未达到其PFS主要终点。在亚组分析中,在低TMB患者中观察到疫苗组总生存期延长,但在高TMB患者中未观察到。

图4. 围手术期风险适应性PCV临床试验设计与生物样本收集。可手术切除肿瘤的患者入组试验并接受新辅助ICB。达到MPR的患者根据SOC接受辅助治疗或监测,但不接受PCV。未达到MPR的患者接受辅助PCV,联合或不联合标准辅助治疗。
除少数例外情况,测试新抗原导向疫苗的临床试验迄今几乎完全集中在实体瘤上,尽管这些疫苗原则上应该能够诱导跨恶性肿瘤(包括血液系统癌症)的有效抗肿瘤免疫。全外显子组测序、全基因组测序和基于RNA的抗原发现已被证明可以产生足够数量的靶向新抗原,用于生成针对血液系统恶性肿瘤(包括淋巴瘤和儿童白血病)的疫苗。尽管如此,通过进一步利用非经典抗原空间来扩展靶点谱,在白血病领域可能尤其富有成效。
辅助或围手术期环境
从机制上讲,癌症疫苗介导的抗肿瘤活性依赖于肿瘤特异性、功能性T细胞的出现或扩增——这个过程可能需要至少几周,甚至几个月。考虑到这种效应发作的延迟,目前可获得的最有力的PCV临床疗效证据来自于一项在"无疾病证据"环境中进行的临床试验,这一点并不意外:即具有高黑色素瘤复发风险但在接种mRNA PCV时没有临床证据显示存在转移性疾病的黑色素瘤患者。与假定的疫苗触发的抗肿瘤免疫积累相一致的是,在该临床试验中,治疗开始后疫苗联合pembrolizumab组和单独pembrolizumab组曲线开始分离的时间延迟——无复发生存期约为30周,无远处转移生存期约为50周。相反,在接受mRNA PCV autogene cevumeran(无论是单药治疗还是联合PD-L1抑制剂atezolizumab)治疗的经过大量预处理的实体瘤患者中观察到的低反应率,可能并不意外,因为初始肿瘤反应评估大约在治疗开始后2-3个月进行。这些观察结果支持将辅助治疗环境——治疗目标是预防癌症复发——作为PCV最具潜力的临床测试环境。辅助治疗确实是许多正在进行的大型随机研究(包括针对黑色素瘤、NSCLC和皮肤鳞状细胞癌的研究)所采用的环境(图3)。鉴于最近在黑色素瘤和其他癌症中证明的围手术期免疫治疗方法的效果,PCV应被纳入围手术期临床试验的治疗方案中。然而,PCV的定制生产要求对其在术前环境中的应用构成了挑战。一种潜在的策略是,在高风险围手术期试验中,在新辅助治疗和手术间歇期,为所有入组患者进行新抗原发现——这是一个相对耗时但具有成本效益的过程。由于达到主要或完全病理反应的患者复发风险低,PCV的生产可以仅限于那些未达到主要病理反应的患者(图4)。此外,在PCV生产期间,可以向所有患者施用共享新抗原疫苗(如果可用)。
转移性环境
虽然晚期或转移性癌症存在上述挑战,但PCV仍然可能是一线或早期癌症治疗的有效补充疗法,应在此环境中进行研究。由于疫苗诱导的免疫建立相对缓慢,通过实体瘤疗效评价标准评估的反应率可能是衡量癌症疫苗疗效的不充分指标,需要替代性和创新性的治疗结果指标。最近的一个例子是,在七名接受疫苗接种联合静脉注射nivolumab和皮下注射ipilimumab后病情稳定或进展的晚期微卫星稳定结直肠癌患者中,观察到总生存期延长与ctDNA减少(对比无ctDNA减少)相关。基于上述可切除PDAC患者研究中证明的疫苗诱导免疫反应与临床获益之间的关联,通过离体IFN-γ ELISpot检测到的高幅度疫苗特异性T细胞反应,可能辅以针对非疫苗新抗原的T细胞免疫力测量和/或与ctDNA测量相结合,也可能成为疫苗介导疗效的合适替代或早期标志物。还应考虑适当的临床环境——例如,将癌症疫苗纳入新诊断晚期疾病的一线或早期治疗方案,而非晚期疾病环境。
展望
经过近十年的临床开发,新抗原导向疫苗即将进入癌症治疗领域。初步的概念验证研究显示了其可行性以及前所未有的强大肿瘤特异性免疫,包括在所有接种疫苗的患者中观察到的离体和新生疫苗特异性T细胞反应。此后,更大规模的非随机研究提供了额外的证据,证明疫苗可以诱导功能性和持久性的抗肿瘤免疫,包括表位扩展的发现、疫苗介导的免疫反应与延长无复发生存期之间的关联、疫苗接种后肿瘤内疫苗特异性T细胞的检测,以及值得注意的是,在高危黑色素瘤患者中进行的随机2期试验取得了积极结果。虽然该领域无疑正在关注正在进行的注册试验的结果,但重要的是要记住——正如本研究所概述的——疫苗技术、递送平台和临床试验设计的进一步进步和创新,对于使这些疫苗更加有效具有高度前景。显然,疫苗并非适用于所有癌症情况,但针对肿瘤进行疫苗接种的概念已经探索了很长时间,并且很可能会持续下去。
点击“转发”吧
生成海报
长按扫码关注公众号