应雨妍 应雨妍

科技点亮生活

20世纪70年代,二战硝烟散尽后极速前进了几十年的化疗,在它当时的主战场之一淋巴瘤上,遇到了一个颇为棘手的难题:只使用单一药物会“加量不加效”——患者生存率上不去,单药也很难治疗疾病复发的患者[1]。

怎么突破这个瓶颈?科学家们提出了两条路子,一条是多种药物的联合化疗,药多力量大;而另一条路,就是寻找疗效更好的药物。找来找去,科学家们看回了人体自身——免疫系统产生的抗体怎么样?

物竞天择,入侵人体的抗原对抗体而言也是一种选择压力 (图片来源:《科学》官网)
物竞天择,入侵人体的抗原对抗体而言也是一种选择压力
(图片来源:《科学》官网)

这想法确实有前途。人体的抗癌免疫,虽说以T细胞主导的细胞免疫为主,但著名的“免疫天择论”认为,对癌细胞之类的外来抗原,免疫系统可以选择出最合适的抗体来应战[2],只是B细胞产生抗体的量,不足以单独扳倒癌症

那么进一步利用抗体这个天然武器库,来突破化疗遭遇的抗癌瓶颈,不就是一着妙棋吗?

“天然武器库”的金钥匙

据说基础研究的进展到临床疗法的成功,往往需要17年的时间,科研成果的转化之路,只是那1%的智慧灵感还不够。想要大规模利用抗体抗癌,就要先解决抗体来源的问题。

负责生产抗体的B细胞,在人体外实验室环境中培养的难度大,生存期还短,也不能无限分裂。这样“娇嫩”的细胞,可满足不了大规模制备抗体的需求。于是,一个天才的点子浮现了:把癌细胞和B细胞融合到一起!

B细胞和癌细胞,仇人相见……一起干活 (图片来源:维基百科)
B细胞和癌细胞,仇人相见……一起干活
(图片来源:维基百科)

融合后的细胞,既拥有癌细胞永生不死不断分裂,对环境适应性强的特点,又保留了B细胞产生抗体的职能,科学家们只要加以挑选和培养,就能得到大量优质的“抗体加工厂”。

这就是大名鼎鼎的杂交瘤(Hybridoma)技术,它产生的抗体是由被融合的单一B细胞克隆而来,和人体内自然情况下,多个B细胞针对同一种抗原产生抗体不一样,所以被称作单克隆抗体(Monoclonal Antibody)

比起从人体内直接提取的产物,单克隆抗体的纯度和重复性都要更好,而且用什么样的B细胞制备杂交瘤,是可以人为选择的。根据不同癌细胞的抗原类型,科学家们可以挑出对应的B细胞,量身“定制抗体”,得到最合适的产物。

就像杂交瘤需要癌细胞和B细胞一样,这个天才的创意也是分成了两部分,浮现在了两位科学家的脑海。1973年,年轻的德国人Georges J.F. Köhler走进了阿根廷教授César Milstein在瑞士巴塞尔免疫学研究所的实验室。

虽然诺奖加身,但Köhler(右)的英年早逝,确实是个遗憾啊 (图片来源:《自然》官网)
虽然诺奖加身,但Köhler(右)的英年早逝,确实是个遗憾啊
(图片来源:《自然》官网)

Köhler一直致力于让B细胞在体外生成特异性抗体,但遭遇了B细胞培养难的问题,而Milstein则跨不过改造骨髓瘤细胞生成抗体的坎儿——两人把手头的研究一碰,发现各自手上的成果,正好是对方需要的答案[3],于是一拍即合。

毫不夸张地说,医学史从此翻开了崭新的一页。单克隆抗体在1975年的诞生,让人类抗击癌症、自身免疫病等许多疾病时,多了一个庞大的武器库,厥功至伟的Köhler和Milstein,也在技术发明的十年后诺奖加身。

不过,要想真正发挥单克隆抗体的威力,得把最适合抗击一种癌症的抗体,真正定制出来才行

一“利”降十会

要实现一种单抗一招制敌,就得找到那个癌细胞中普遍存在的抗原,用它来定制出合适的单抗。几乎在单抗制备技术获得诺奖的同一时间,攻克淋巴瘤的理想目标被锁定了——它叫CD20[4]。

听说犯人被美国警察抓到都要拍个照…… (图片来源:维基百科)
听说犯人被美国警察抓到都要拍个照……
(图片来源:维基百科)

CD20这个靶点,在许多种淋巴瘤细胞的表面都能找到,正常B细胞的表面也有,但造血干细胞、一部分成熟前的B细胞和浆细胞没有。

这意味着,即使抗CD20单抗把正常B细胞和癌细胞一起大量清除,B细胞的数量也可以被成熟前的B细胞和造血干细胞补充起来,人体的免疫功能则被浆细胞维持住[4-5]。对于一个抗癌靶点来说,这效果已经够理想了。

早在CD20的结构被彻底搞清前,就有一些大胆的医生用抗CD20单抗对淋巴瘤发起了试探性的攻击,这些单抗能杀伤一部分癌细胞,但最终都掉进了80年代早期单抗普遍遭遇的阴影当中[5]。

这阴影是什么?要解释清楚,得从杂交瘤技术本身说起。

杂交瘤技术的出现,还只是万里长征第一步
杂交瘤技术的出现,还只是万里长征第一步
Köhler和Milstein两位大牛发明单抗制备技术时,使用的是小鼠的B细胞和骨髓瘤细胞,制备的单抗就被称作鼠源化单抗(Murine mAb)。虽说“小鼠享受的医疗比人更先进”,和人的基因相似程度也不低,但毕竟是两种生物嘛。

因此,医学界最早研发的一系列鼠源化单抗直接用到人身上时,人体会对这种“异物”产生排异反应,引发比较明显的副作用,再加上鼠源单抗在人体内活性降低、半衰期缩短等问题,治疗效果大打折扣[6]。

科学家们很快发现,导致排异反应的主要是单抗的恒定区,而不是负责识别和结合抗原的可变区。如果把恒定区换成人体内抗体的对应部分,就能让改造后的抗体与人体的产物更相似,既减少副作用,又保留结合抗原的杀伤力[6]。

通过基因重组等技术,科学界在1985年实现了这个目标,制备出的抗体既有人的部分又有鼠的部分,因此被称作人鼠嵌合性单抗(Chimeric mAb)。武器平台的全面升级,让抗击CD20的单抗设想,再次被提上了日程。

几年后,一种结合CD20能力更强更稳定,清除癌细胞效果更好的人-鼠嵌合单抗,被斯坦福大学淋巴瘤治疗专家Ronald Levy创办的IEDC公司开发了出来,单抗的“乳名”是IEDC-C2B8。

不过医学史上记载更多的,是它的另外两个名字:利妥昔单抗、美罗华

美罗华不是第一种获批用于临床的单抗,但却比早期获批的那些成熟很多 (图片来源:NCI)
美罗华不是第一种获批用于临床的单抗,但却比早期获批的那些成熟很多
(图片来源:NCI)

除了在结合能力和稳定性上的优势,美罗华杀伤癌细胞的不同机制也足足有四种。最主要的杀伤机制,是抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADCC),也就是美罗华结合到癌细胞上后,给人体的NK细胞等免疫细胞指明杀伤目标,由它们解决掉癌细胞。

补体依赖细胞毒作用(CDC),则是美罗华的一部分与补体结合后,激活一系列由补体主导的机制,在癌细胞表面形成攻膜复合物,像古代战争的冲车攻城一样打碎细胞膜,癌细胞自然也没有活路了。

被美罗华“黏上”的癌细胞,增殖分裂也会受限,甚至有可能直接踏进凋亡的鬼门关,这是第三种杀伤机制。而美罗华直接结合引发的癌细胞周期、代谢路径等等变化,也能增强化疗药物对癌细胞的杀伤力[7]。

不过,科学界还没有彻底搞清这些杀伤机制的具体原理
不过,科学界还没有彻底搞清这些杀伤机制的具体原理
四箭齐发之下,癌细胞不死也得脱层皮。但就像英雄往往需要经受波折和历练一样,美罗华的成长之路也不那么平坦。

一顿午餐救活的神药

有些往事和故事,即使是亲历者的亲口叙述,后人也难以相信。今天风起云涌炙手可热的癌症治疗领域,二十多年前却万马齐喑,死气沉沉……

但在Ronald Levy看来的确如此。他的IEDC公司虽说开发出了IEDC-C2B8这个很有潜力的单抗,然而很快遇到了一个相当俗,却又很要命的问题——没钱。

有钱试验做遍天下,无钱……招患者都寸步难行 (配图来源:PNAS)
有钱试验做遍天下,无钱……招患者都寸步难行
(配图来源:PNAS)

淋巴瘤并不是肺癌、肝癌之类的热门领域,即使是今天,全美国一年的发病数也不超过8万例。市场小不说,单抗抗癌当时还没走出80年代的失败阴影,Levy从曾经的华尔街大鳄座上客,慢慢变成了到处吃闭门羹的落魄者[8]。

Levy一度觉得,IEDC-C2B8的开发做不下去了。他肯定没听过中国的那句诗:山重水复疑无路,柳暗花明又一村。

在斯坦福大学的一次学术会议上,Levy遇到了一个名叫David Ebersman的药企市场部小职员,两人同坐在一张餐桌上,却对桌上其他人讨论的话题插不进嘴,于是就单独聊了起来。而巧的是,Ebersman恰好研究过这方面的课题。

Ebersman回到公司拉上了一帮同事,到Levy的实验室近距离接触研发,在有力的数据面前,被折服的一群人很快和Levy谈妥了合作开发的协议。

对了,差点忘了提这家公司的名字——基因泰克.

耳听为虚,眼见为实嘛,老道理 (图片来源:基因泰克官网/斯坦福大学)
耳听为虚,眼见为实嘛,老道理
(图片来源:基因泰克官网/斯坦福大学)

虽说后来凭借着赫赛汀、安维汀这些经典单抗成为癌症治疗的领军者,但当时的基因泰克,连一个肿瘤学专业的人都没有。Ebersman和Levy后来回忆时都觉得,幸好当时基因泰克的CEO“还天天看科研文献”,不然合作肯定没戏[9]。

有了合作伙伴,一切就都好办了。1994年,Levy带领的团队公布了IEDC-C2B8的首个人体临床试验数据:15名接受单抗治疗的复发B细胞淋巴瘤患者,有6名实现了部分的缓解[10]!

而在这种初步成功经历更大规模试验的验证,同样交出客观缓解率接近50%的优异答卷后[11],1997年11月,FDA正式批准美罗华上市,用于复发或难治性惰性淋巴瘤患者[12],这离它在Levy的实验室里诞生,也不过七年而已。

浩荡长河

第一个适应症,只是史诗的开头,成功能不能继续下去呢?许多种淋巴瘤,比如占到全部患者三四成的弥漫大B细胞淋巴瘤(DLBCL)都有CD20这个靶点,而且DLBCL患者的年龄普遍偏大,容易出现副作用,让治疗更加困难[13]。

淋巴瘤的分类,那真叫一个复杂…… (图片来源:《血液》官网)
淋巴瘤的分类,那真叫一个复杂……
(图片来源:《血液》官网)

美罗华能不能攻下这块难啃的骨头呢?2002年,发表在《新英格兰医学杂志》上的LHN-98.5试验结果无疑是惊艳的:在CHOP化疗方案的基础上加用美罗华,能提升客观缓解率13%、降低患者死亡风险42%,还没有增加副作用!

美国学者开展的ECOG4494试验,也给欧洲同行们做出来的出色疗效背了书[14],R-CHOP这个方案,很快被写进了教科书。长期随访也显示,美罗华的优异疗效,并不只体现在客观缓解率这种相对短期的指标上

2年生存率,70%对57%;5年生存率,58%对45%;10年生存率,44%对28%[15],这些可不只是冷冰冰的数字,而是现实中无数患者在R-CHOP方案出现后,可能获得的治愈机会,和被拯救的人生。

免疫化疗方案,是R-CHOP同样常用的一种称呼 (图片来源:康奈尔大学)
免疫化疗方案,是R-CHOP同样常用的一种称呼
(图片来源:康奈尔大学)

直到今天,R-CHOP方案仍然是权威指南推荐的DLBCL一线治疗选择,而搭配其它药物的二线方案更是为数众多[16],美罗华经典的魅力尽显无疑。在套细胞淋巴瘤等其它非霍奇金淋巴瘤的治疗中,也能找到美罗华的身影。

这还不是征程的终点。从慢性淋巴细胞白血病(CLL)到类风湿关节炎,再到罕见病当中的韦格纳氏肉芽肿、显微镜下多血管炎[17]……美罗华的跨界,一次又一次斩获成功,还不算一些在临床试验中收效,但尚未获批的疾病[18]。

在治疗了数以百万计的患者后,全世界第一种抗癌单抗,在二十九岁,“风华正茂的年纪”,还会书写怎样的传奇呢?全新的病种,还是与免疫治疗、CAR-T之类新锐势力的合作?奇点糕觉得,拭目以待新的篇章就好啦。

参考资料:

1.Armitage J O. Treatment of Non-Hodgkin’s Lymphoma[J]. New England Journal of Medicine, 1993, 328(14): 1023-1030.

2.https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1984/press-release/

3.Alkan S S. Monoclonal antibodies: the story of a discovery that revolutionized science and medicine[J]. Nature Reviews Immunology, 2004, 4(2): 153.

4.Tedder T F, Streuli M, Schlossman S F, et al. Isolation and structure of a cDNA encoding the B1 (CD20) cell-surface antigen of human B lymphocytes[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1988, 85(1): 208-212.

5.Maloney D G, Liles T M, Czerwinski D K, et al. Phase I clinical trial using escalating single-dose infusion of chimeric anti-CD20 monoclonal antibody (IDEC-C2B8) in patients with recurrent B-cell lymphoma[J]. Blood, 1994, 84(8): 2457-2466.

6.Nissim A, Chernajovsky Y. Historical development of monoclonal antibody therapeutics[M]//Therapeutic Antibodies. Springer, Berlin, Heidelberg, 2008: 3-18.

7.Maloney D G, Smith B, Rose A. Rituximab: mechanism of action and resistance[C]//Seminars in oncology. WB Saunders, 2002, 29(1): 2-9.

8.https://www.economist.com/technology-quarterly/2002/12/12/a-drug-of-ones-own

9.https://www.gene.com/stories/the-lunch

10.McLaughlin P, Grillo-Lopez A J, Link B K, et al. Rituximab chimeric anti-CD20 monoclonal antibody therapy for relapsed indolent lymphoma: half of patients respond to a four-dose treatment program[J]. Journal of Clinical Oncology, 1998, 16(8): 2825-2833.

11.https://www.gene.com/media/press-releases/4838/1997-11-26/first-new-drug-for-non-hodgkins-lymphoma

12.Coiffier B, Lepage E, Brière J, et al. CHOP chemotherapy plus rituximab compared with CHOP alone in elderly patients with diffuse large-B-cell lymphoma[J]. New England Journal of Medicine, 2002, 346(4): 235-242.

13.Habermann T M, Weller E A, Morrison V A, et al. Rituximab-CHOP versus CHOP alone or with maintenance rituximab in older patients with diffuse large B-cell lymphoma[J]. Journal of Clinical Oncology, 2006, 24(19): 3121-3127.

14.Coiffier B, Thieblemont C, Van Den Neste E, et al. Long-term outcome of patients in the LNH-98.5 trial, the first randomized study comparing rituximab-CHOP to standard CHOP chemotherapy in DLBCL patients: a study by the Groupe d’Etudes des Lymphomes de l’Adulte[J]. Blood, 2010, 116(12): 2040-2045.

15.NCCN Clinical Practice Guidelines in Oncology, B-Cell Lymphomas, Version 2.2019.

16.https://www.rxlist.com/rituxan-drug.htm

17.Salles G, Barrett M, Foà R, et al. Rituximab in B-cell hematologic malignancies: a review of 20 years of clinical experience[J]. Advances in therapy, 2017, 34(10): 2232-2273.

18.Miller R A, Maloney D G, Warnke R, et al. Treatment of B-cell lymphoma with monoclonal anti-idiotype antibody[J]. New England Journal of Medicine, 1982, 306(9): 517-522.

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