溫暖的橘紅色燈光、醇厚的原麥啤酒香，無不透漏著鄉村布魯斯恰到好處的慵懶。在美國德克薩斯州的一家鄉村音樂俱樂部里，James·P·Allison教授正在陶醉地吹奏著手中的布魯斯口琴，和他同台的是藍調口琴大師Mickey Raphael，以及鄉村音樂傳奇人物Willie Nelson。
這一天時值2016年。口琴大師Allison教授的另一重身份是腫瘤免疫療法的全球先驅之一。在他的研究帶領下，全球第一款免疫檢查點抑制劑——CTLA-4抑制劑ipilimumab（伊匹木單抗）已於2011年在美國上市[1]。2015年，他因此斬獲了聞名世界的美國拉斯科醫學獎。拿獎拿到手軟的Allison教授此刻只差一個諾貝爾獎。
然後，三年後的一個清晨，Allison教授的兒子告訴他：Hi老爸，你得了諾獎！
（插畫：王爽）
「不速之客」——CTLA-4
大學本科時代的一次試驗，讓Allison徹底迷上了免疫學。在那次試驗中他發現，患有白血病的小鼠在被天冬醯胺酶治癒後，再次注射癌細胞時，小鼠會對癌細胞產生抵抗力[2]。
到20世紀70年代的時候，Allison幾乎把全部的時間和經費都押在了對T細胞的研究上。
1982年，Allison的團隊通過製備能夠被T細胞受體識別的單克隆抗體，對T細胞表面受體(TCR)結構的鑑定做出了重要貢獻[3]。接著，在1992年，他和同事又闡明了T細胞激活除了需要TCR識別抗原之外，還需要另外一對共刺激因子CD28和抗原提呈細胞上的B7結合才能被完全激活[3]。
APC與T細胞的兩對關鍵蛋白結合，激活T細胞
至此，人們終於窺見了免疫戰士T細胞的部分真容。就在這個時候，另一種在T細胞表面表達的神秘蛋白受體CTLA-4也受到科學家的廣泛關注。
CTLA-4受體屬於免疫球蛋白家族，並且，它的配體也是B7。更令人驚訝的是，CTLA-4和B7結合的能力要遠遠高於T細胞激活的共刺激因子CD28！
那麼CTLA-4究竟在T細胞的免疫活動中發揮什麼作用，難道它也是T細胞激活的共刺激因子？Allison和眾多科學家陷入了沉思。
1994年，Jeffrey Bluestone團隊率先掀開了謎團，他們用抗體阻斷了CTLA-4和B7的結合。結果發現，T細胞的增殖竟然增強了！免疫反應也顯著增強。也就是說，CTLA-4通路的作用竟然是抑制免疫反應[4]！這個結果在1995年再次得到了驗證，科學家發現：敲除了CTLA-4基因的小鼠會出現嚴重的自身免疫反應[5,6]。
原來，CTLA-4通路相當於一個剎車系統，它可以在激活的常規T細胞表面表達，也可以在調節性T細胞上表達。因為CTLA-4和B7的結合能力遠高於CD28，所以CTLA-4的出現會嚴重抑制T細胞的激活[7]。
CTLA-4介導的T細胞抑制。
在弱TCR刺激的情況下，CTLA-4在細胞內儲存，CD28與B7的結合占優勢，成功激活T細胞，白細胞介素-2產生，T細胞增殖和存活率增加（如圖中上半部分所示）。
在強TCR刺激的情況下，CTLA-4從細胞內向細胞表面轉運，CTLA-4水平增加，與CD28競爭，代替CD28與B7結合，減少白細胞介素-2的產生和T細胞增殖活化（如圖中下半部分所示）。
CTLA-4免疫通路的免疫抑制功能顯然是把「雙刃劍」， CTLA-4通路抑制T細胞激活的後果是一方面能夠調節T細胞激活的程度，避免自身免疫疾病的發生，另一方面又會讓病原體或是癌細胞這些壞傢伙有可乘之機。事實上，腫瘤的發生髮展的確與T細胞激活不足有關係。那麼，如果CTLA-4這個剎車系統被抑制，T細胞能否重新振作去獵殺癌細胞呢？
痴迷於T細胞研究的Allison教授當然不會錯過這個靈感。1994年12月，Allison就和他實驗室的博士後開始了小鼠實驗，注射癌細胞形成腫瘤後，一組小鼠用CTLA-4單克隆抗體進行治療，一組用安慰劑。Allison預想CTLA-4單抗應該能讓腫瘤的生長稍微減慢一些，但結果腫瘤居然消失了！而且，接受過治療的小鼠似乎對癌細胞產生了「抗性」，這表明阻斷CTLA-4的療法具有長效作用。
1996年，他的團隊在《科學》上發表論文，率先在小鼠中證明，使用CTLA-4抑制劑可以增強小鼠免疫反應，抑制腫瘤的發生髮展。這個開天闢地的論文立刻在學術界引起了轟動[8]！
免疫治療的大幕緩緩開啟，一道未來之光照進了焦灼的腫瘤治療領域。
反戈一擊，掀開癌症治療的新紀元
對Allison來說，1996年充滿著反轉。他的實驗成果雖然在學術界獲得巨大的關注，但他想進一步開發CTLA-4藥物的時候，卻遭遇了製藥界潑來的一盆盆冷水。
這當然事出有因。自從20世紀70年代開始，就有科學家希望利用免疫系統去攻擊癌症，但是經過二十多年的等待與蹉跎，製藥界的熱情早已慢慢被冷卻。
對Allison教授來說，退卻是一種更大的恐懼。
Allison的整個青少年時代，都被癌症的陰影籠罩。在他11歲的時候，母親因為淋巴瘤病逝。緊接著，15歲的時候，Allison的叔叔死於肺癌。許多年之後，他的大哥死於攝護腺癌。在哥哥的葬禮結束一周之後，Allison發現自己也得了攝護腺癌，十年後，他又被診斷為黑色素瘤。但萬幸的是，Allison所患的兩種癌症在很早期就被診斷出來，從而得以根治[2]。
從癌症的魔爪中死裡逃生，誰會放棄這反戈一擊的絕佳機會呢？
轉機出現在一次學術會議上。Allison遇到了一個小型製藥公司NeXstar的免疫學家Korman。Korman對這項技術充滿了熱情，經過商談，NeXstar在1998年的時候購買了CTLA-4抑制劑的專利。但是沒過多久，NeXstar就被吉利德收購，Korman也隨後加入了Medarex公司[2]。
T細胞「獵殺」腫瘤（插畫：王爽）
但是Korman並沒有放棄CTLA-4抑制劑。2002年，他說服Medarex公司接手了CTLA-4抑制劑的專利。由於Medarex公司掌握當時最先進的轉基因小鼠技術，因此具備生產單抗的絕佳條件。
Medarex在2005年時與百時美施貴寶（BMS）開展全球合作，共同開發和商業化首個CTLA-4抑制劑——ipilimumab，2009年時又被BMS收購。BMS也因此獲得了ipilimumab的完全所有權[9]。
此後不久，首個CTLA-4抑制劑ipilimumab迎來了III期臨床試驗[10]。研究人員將676名無法手術的III期或IV期黑色素瘤患者分成3組，分別為：ipilimumab和GP100癌症疫苗單藥組，以及ipilimumab-GP100癌症疫苗聯合治療組。（GP100癌症疫苗是一種合成的癌症肽疫苗，包含「糖蛋白100」黑色素瘤抗原的一段胺基酸，在早期試驗中表現出了抗黑色素瘤的效果）
試驗結果顯示，聯合治療組與ipilimumab組的生存率始終高於GP100組，中位總生存期也均遠超過GP100組[10]。基於這個振奮人心的結果，美國FDA於2011年批准了ipilimumab用於治療無法手術切除的，或是轉移性的黑色素瘤[1]，歷史上首個癌症免疫檢查點抑制劑由此誕生。
從未輕言放棄的Allison教授，改變了潮水的方向，癌症的免疫治療至此邁入了新紀元。
生命的奇蹟，超級倖存者出現了
對藍調音樂的痴迷，或許顯示了Allison教授性格的另一面，那個不同於充滿獨立、理性、冒險精神的科學家特質的多愁善感的一面。
Allison教授的妻子Padmanee 2016年在接受《紐約時報》採訪時說，「Allison幾乎每次見到患者，都會掉眼淚[11]。」
2004年，一個22歲的女孩Sharon被診斷為黑色素瘤四期，肺轉移。化療對她已經毫無作用，活下來的可能非常渺茫。抱著最後一絲希望，Sharon參加了Allison組織的ipilimumab的臨床試驗[11]。
被絕望籠罩的Sharon從沒想過自己會親歷所謂的奇蹟。在三個月內經過四次注射ipilimumab之後，她轉移到左肺的腫瘤就奇蹟般地縮小了60%！在接下來的幾個月，腫瘤繼續驚人地縮小。
直到最終，醫生告訴她，「Sharon，你身上的癌細胞被全部消滅了，你已經痊癒了！」
Allison在Sharon康復後迫不及待地與這個死裡逃生的姑娘見面了。當時Sharon的父母和丈夫都在場，在場的每個人都只是不停抹淚。
Sharon緊緊地抱著Allison，她不知道如何用語言去表達被判死刑之後重獲生命的感激。
Allison也緊緊地抱著Sharon，他也不知道如何去用語言表達拯救一個年輕生命的炙熱的喜悅。
在他們見面之後的第二年，Allison收到了Sharon第一個孩子的照片，幾年之後，他又收到了Sharon第二個孩子的照片。
當然，並不是所有使用ipilimumab的患者都能像Sharon一樣幸運，最終能夠康復。但是多項臨床試驗患者的長期隨訪結果顯示，接受ipilimumab治療的患者中，出現了一批生存期長達10年的「超級倖存者」 [12]！
在ipilimumab出現前，晚期黑色素瘤患者的歷史中位總生存期大約為8-10個月，而5年生存率僅為10%[13]，而根據2013年歐洲癌症大會（ECC2013）上發布的針對患者總生存率的分析結果，ipilimumab以一己之力，大幅拉高了患者的生存率[12]。
除了黑色素瘤以外，ipilimumab也在其他癌症中進行了嘗試，例如非小細胞肺癌、攝護腺癌和尿路上皮癌等等，都取得了初步的成功。
神之交匯，當CTLA-4遇到PD-1抑制劑
2018年的諾貝爾生理學和醫學獎花落免疫治療，手捧獎盃的兩位科學家Allison和本庶佑分別開啟了CTLA-4和PD-1兩大免疫檢查點的先河。而這兩條河流也已經出現了神之交匯。
CTLA-4和PD-1同為免疫檢查點，但其實它們作用於T細胞出征的不同階段，相比CTLA-4的早出手，PD-1更多則是在T細胞激活後遷移到腫瘤附近，準備擊殺腫瘤的時候橫插一腳，簡直是虎口拔牙。
CTLA-4抗體和PD-1抗體在不同階段發揮作用
除了作用階段不同外，CTLA-4和PD-1的分布也不同，CTLA-4隻存在於T細胞上，而PD-1在T細胞、B細胞和骨髓細胞上都有廣泛的表達，在它們被抑制後，細胞因子水平的變化也不相同。
所以從理論上來說，同時抑制CTLA-4和PD-1通路能夠從不同角度調節T細胞活性，可能帶來更高的響應率和更強的抗腫瘤效果[7]。
在臨床前研究中，這個想法得到了初步的驗證，而臨床試驗的結果也沒有讓人失望。2015年，一項II期臨床試驗結果表明[14]，在BRAF V600野生型黑色素瘤患者中，與ipilimumab 單藥治療相比，ipilimumab + nivolumab聯合治療的響應率有了極大的提高，完全緩解的患者比例也具有絕對優勢。
同年，FDA就批准了ipilimumab + nivolumab聯合治療用於治療BRAF V600野生型黑色素瘤[15]。這還僅僅是一個開端。
截止2020年5月，ipilimumab + nivolumab聯合治療總共在FDA手中斬獲了五個適應症，它們分別是：BRAF V600野生型和突變陽性的不可切除或轉移性黑色素瘤[16]；中至低風險晚期腎細胞癌[17]；接受過化療但腫瘤持續進展的MSI-H/dMMR轉移性結直腸癌[18]；接受過索拉非尼治療的肝細胞癌[19]；以及剛剛獲批的轉移性非小細胞肺癌[20]
就在這個月，ipilimumab + nivolumab聯合治療再次獲批新適應症，用於一線治療轉移性非小細胞肺癌（圖片來源：FDA官網）
能夠在聯合治療中獲益的患者還將增加，例如在去年美國癌症研究協會（AACR）年會上公布最新結果的神經內分泌瘤[21]。
「我認為做科學研究，最重要的是要去叩問那些最根本而又至關重要的問題。並且你需要時不時地，給自己倒上一杯酒，把腳放在桌子上，然後問：我們如何更好地利用這些知識和發現。」
這不僅是Allison教授給科學研究者的建議，更是他對幾十年來卓越工作的精闢闡釋。癌症免疫治療的路還很長，Allison和他的朋友們仍舊在努力著。
PS：Allison教授的車牌號是CTLA-4。
*目前尚無CTLA-4抑制劑在中國大陸獲批
參考資料：
[1]https://www.drugs.com/newdrugs/fda-approves-yervoy-late-stage-melanoma-2569.html
[2]http://www.whatisbiotechnology.org/index.php/people/summary/Allison
[3]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4607124/
[4] Walunas T L, Lenschow D J, Bakker C Y, et al. CTLA-4 can function as a negative regulator of T cell activation[J]. Immunity, 1994, 1(5): 405-413.
[5] Waterhouse P, Penninger J M, Timms E, et al. Lymphoproliferative disorders with early lethality in mice deficient in Ctla-4[J]. Science, 1995, 270(5238): 985-988.
[6] Tivol E A, Borriello F, Schweitzer A N, et al. Loss of CTLA-4 leads to massive lymphoproliferation and fatal multiorgan tissue destruction, revealing a critical negative regulatory role of CTLA-4[J]. Immunity, 1995, 3(5): 541-547.
[7]Buchbinder E I, Desai A. CTLA-4 and PD-1 pathways: similarities, differences, and implications of their inhibition[J]. American journal of clinical oncology, 2016, 39(1): 98.
[8]Leach D R, Krummel M F, Allison J P. Enhancement of antitumor immunity by CTLA-4 blockade[J]. Science, 1996, 271(5256): 1734-1736.
[9]Ipilimumab. Drugs R&D. 2012;10(2):97–110.
[10]Hodi F S, O'Day S J, McDermott D F, et al. Improved survival with ipilimumab in patients with metastatic melanoma[J]. New England Journal of Medicine, 2010, 363(8): 711-723.
[11]http://nautil.us/issue/65/in-plain-sight/the-rise-of-cancer-immunotherapy
[12]https://www.ecco-org.eu/Amsterdam2013/Global/News/ECC-2013-Press-Releases-EN/2013/09/Longest-follow-up-of-largest-number-of-melanoma-patients
[13] Garbe C, Eigentler T K, Keilholz U, et al. Systematic review of medical treatment in melanoma: current status and future prospects[J]. The oncologist, 2011, 16(1): 5-24.
[14] Postow M A, Chesney J, Pavlick A C, et al. Nivolumab and ipilimumab versus ipilimumab in untreated melanoma[J]. New England Journal of Medicine, 2015, 372(21): 2006-2017.
[15]https://www.drugs.com/newdrugs/bms-receives-fda-approval-opdivo-nivolumab-yervoy-ipilimumab-regimen-braf-v600-wild-type-melanoma-4271.html
[16]https://www.drugs.com/newdrugs/bristol-myers-squibb-s-opdivo-nivolumab-yervoy-ipilimumab-regimen-receives-expanded-fda-approval-4332.html
[17]https://www.fda.gov/Drugs/InformationOnDrugs/ApprovedDrugs/ucm604685.htm
[18]https://www.fda.gov/Drugs/InformationOnDrugs/ApprovedDrugs/ucm613227.htm
[19]https://www.fda.gov/drugs/resources-information-approved-drugs/fda-grants-accelerated-approval-nivolumab-and-ipilimumab-combination-hepatocellular-carcinoma
[20]https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/fda-approves-nivolumab-plus-ipilimumab-first-line-mnsclc-pd-l1-tumor-expression-1
[21]https://www.abstractsonline.com/pp8/#!/6812/presentation/9840
本文作者 | 應雨妍