臺北榮民總醫院學訊 - 發展針對免疫調控點之DNA疫苗 103年臺北榮民總醫院「醫師醫療技術創新獎」第三名

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▍學訊第214期電子報第2期

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發展針對免疫調控點之DNA疫苗 103年臺北榮民總醫院「醫師醫療技術創新獎」第三名

發展針對免疫調控點之DNA疫苗

103年臺北榮民總醫院「醫師醫療技術創新獎」第三名

腫瘤醫學部藍耿立主治醫師

　　利用患者自身免疫系統攻擊癌細胞的免疫治療正成為一個日益重要的治療方法。在近兩年來，美國食品藥物管理局已批准數個抗癌免疫治療，其中包括個人化針對前列腺癌治療的突觸細胞 [Provenge (dendritic cells)]，及抗CTLA-4抗體 [Yervoy (Ipilimumab)] 與抗PD-1抗體 [Keytruda (pembrolizumab)] 用以治療轉移性黑色素瘤。此外，利用基因工程在T淋巴球植入嵌合抗原受體 (Chimeric Antigen Receptor, CAR) ，使T淋巴球識別在腫瘤細胞上的特定抗原蛋白質並同時活化T淋巴球之腫瘤細胞毒殺效果，此免疫治療策略已在血癌臨床試驗顯現驚人療效¹。基於愈來愈多的正面治療效果，科學期刊Science將癌症免疫治療選為2013年度科學突破²^,³ 。

　　免疫系統通過所謂「腫瘤監視 (tumor surveillance)」機制以識別和消滅癌細胞⁴。然而，腫瘤細胞能夠透過一個被稱為「免疫編輯 (immunoediting) 」的過程以篩選出較不具免疫刺激性的腫瘤細胞而逃避免疫系統之監控。免疫系統與腫瘤細胞之間的互動及拮抗是一個持續並不斷變化的過程，而免疫調控點 (immune checkpoints) 在此過程中扮演了重要的角色。唐獎第一屆生技醫藥獎即是頒發給京都大學的本庶佑 (Tasuku Honjo) 及德州大學安德森癌症中心的詹姆斯艾利森(James P. Allison)，其各自發現程序性死亡-1 (Programmed Death-1, D-1) 與細胞毒殺性相關蛋白-4 (Cytotoxic T Lymphocyte Antigen-4, CTLA-4) 這兩個免疫調控點蛋白質。

　　對於T淋巴球而言，成功對抗某特定抗原的免疫反應須經由兩個訊號刺激。第一個訊號為抗原呈現細胞 (Antigen presenting cell, APC) 以主要組織相容性複合體 (major histocompatibility complex, MHC) 將抗原呈現於表面，經由T 淋巴球上的T細胞受體 (T cell receptor) 辨識，第二個訊號為共同刺激訊號(co-stimulating pathway)，如T淋巴球表面的CD28與抗原呈現細胞表面的B7結合⁵^,⁶。此訊號會增加T淋巴球的活性。活化的T淋巴球會促進免疫調控點蛋白質，如CTLA-4的表達，對B7具有更大的親和力的CTLA-4與CD28競爭結合B7，並阻礙免疫反應。雖然CTLA-4有助於避免免疫系統對自身抗原產生非特異性反應，但它也可抑制抗癌免疫力。針對CTLA-4的抗體，如Ipilimumab，已在關鍵轉移性黑素瘤臨床試驗中被證實具有顯著療效繼而獲FDA批准上市^7-9。此外，Ipilimumab也正被測試於其他適應症，如非小細胞肺癌，前列腺癌，胰腺癌，肝癌和結腸癌等¹⁰。

　　PD-1是另一個重要的免疫調控點蛋白質，其為活化的T淋巴球表面的標誌蛋白(marker)¹¹，當PD-1結合其配體，程序性死亡配體-1 (Programmed Death-Ligand 1, PD-L1)，PD-1將抑制T淋巴球之活性¹²^,¹³。雖然PD-1和PD-L1的相互作用可以避免自體免疫疾病的發生，但此信號的傳導也會抑制免疫系統的抗癌效果(圖一）。大約30-40%的癌細胞可利用其表面之PD-L1結合T淋巴球的PD-1以抑制它們的抗癌活性¹⁴。許多製藥公司正積極開發阻斷PD-1和PD-L1之間相互作用治療方法。這些臨床試驗的結果非常令人鼓舞。許多病情嚴重的癌症患者在臨床試驗中顯現出好的臨床效果¹³^,¹⁵。甚至更令人振奮的，當合併CTLA-4抗體 (Ipilimumab) 和PD-1抗體 (Nivolumab) 用於晚期黑素瘤時，相較於先前單獨抗體的臨床試驗，許多患者呈現更顯著的療效¹⁶。

　　雖然針對免疫調控點蛋白質的抗體藥物對許多病人有所助益，但目前抗CTLA-4抗體 (Yervoy) 與抗PD-1抗體 (Keytruda) 患者需各別負擔高達12萬與15萬美金。在可預見的未來，眾多病患將因經濟考量而無法接受此治療。為了發展針對免疫調控點蛋白質之藥物標靶，我們在幾年前開始研發針對CTLA-4，PD-1，PD-L1免疫檢查點蛋白質之DNA疫苗。在我們的概念驗證 (proof of concept) 研究中，DNA疫苗 (PVAC-1-hCTLA-4) 可成功誘導出專一性對抗人類CTLA-4的抗體，並同時對小鼠CTLA-4產生免疫交叉反應 (圖二)。DNA疫苗 (PVAC-1-hCTLA-4) 在小鼠引起對CTLA-4之免疫反應足以抑制B16F10黑色素腫瘤在C57BL/6小鼠皮下生長，而且不會產生可測量的毒性 (圖三)。在動物研究中，我們利用同時表達來自CTLA-4，PD-1和PD-L1衍生蛋白質片段之DNA疫苗，並經由電穿孔 (electroporation) 或脂質體 (liposome) 將DNA疫苗導入小鼠的肌肉細胞，從肌肉細胞表達及分泌的DNA產物能誘導抗CTLA-4和PD-1和/或PDL-1的抗體形成(圖四)。在動物腫瘤模型實驗中，CTLA4-PD-1和CTLA4-PD-L1，特別是分泌型態的DNA疫苗可顯著引發對皮下接種的小鼠腎細胞癌 (RENCA) 的抗癌作用 (圖五)。

　　我們在此研究項目上長期的努力已在2 013年12月獲得題為”加強傳染病和惡性疾病的治療免疫反應(Method for enhancing immune response in the treatment of infectious and malignant diseases )”之美國專利，這項通過專利涵蓋以DNA疫苗表達多種針對免疫調控點，如CTLA-4，PD-1與PD-L1，以治療各種惡性疾病，如轉移性黑素瘤、胰腺癌、結腸直腸癌、肝細胞癌、淋巴瘤、前列腺癌、卵巢癌、急性骨髓性白血病和非小細胞肺癌。我們相信此同時針對多種免疫檢查點蛋白質的創新DNA疫苗相較於單株抗體治療會是更有效且花費更少的治療方法。我們現在正與台灣的生技公司進行針對免疫調控點DNA疫苗前臨床試驗之產學合作，我們將積極進行更多的動物研究來證實這些DNA疫苗的抗癌作用。