挑战三阴性乳腺癌！新型癌症疫苗：预防复发，100%小鼠存活

如今，癌症患者有多种治疗方法可以选择，但每种方法都有其缺点：化疗能杀死迅速分裂的癌细胞，但也会损害体内健康细胞，而且往往不能有效防止肿瘤转移或疾病复发。免疫疗法通过作用于患者的免疫系统产生持续的抗癌应答来避免这些问题，但肿瘤产生的免疫抑制性局部环境常常使免疫疗法难以接近肿瘤。

现在，一种新的两全其美的方法将化疗的抗癌能力和免疫疗法的长期疗效打包进一种基于生物材料的癌症疫苗，可以在肿瘤部位附近注射。当手术切除了侵袭性三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer, TNBC）的小鼠接种疫苗后接受癌细胞再挑战时，100%的小鼠存活下来，没有复发。来自哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院的研究人员于11月10日在Nature Communications杂志上报道了这项研究成果。

来源：Nature Communications

该研究的第一作者Hua Wang博士说：“像TNBC这种免疫原性差的肿瘤对目前的免疫治疗仍有抵抗力。在我们开发的新系统中，免疫疗法能吸引大量免疫细胞进入肿瘤，而化疗能产生大量死亡癌细胞碎片，免疫细胞可以利用这些碎片产生有效的肿瘤特异性反应。”

无需等待的个性化疫苗

可注射癌症疫苗于2009年首次被开发出来，在治疗小鼠多种癌症方面显示出巨大的前景，并已在Dana Farber癌症研究所进行了治疗黑色素瘤的临床试验。

在最初的疫苗配方中，癌细胞中发现的被称为肿瘤相关抗原（TAA）的分子与阿司匹林大小支架内的佐剂结合在一起，这样一来，到达的树突状细胞就可以识别出它们是“外来的”，并启动针对肿瘤的免疫应答。这些TAA可以从采集的肿瘤中分离出来，也可以通过对癌细胞基因组进行测序来鉴定，然后再进行生产，但是这两种制造个性化癌症疫苗的过程都是漫长且昂贵的。

“开发肿瘤疫苗的关键限制因素之一是对TAA的选择，由于目前我们仅有非常小的少数特定肿瘤细胞株已知抗原库，因此很难预测哪种抗原能产生有效的免疫反应，”共同第一作者Alex Najibi说道，“在疫苗支架内植入化疗药物会导致癌细胞大量死亡，使TAA直接从肿瘤中释放给树突状细胞，从而绕过了漫长而昂贵的抗原研发过程。”

树突状细胞（黄色）从肿瘤细胞中提取抗原，携带到淋巴结和脾脏，在那里它们被呈递给对肿瘤进行免疫攻击的T细胞。（来源：哈佛大学Wyss研究所）

Wang、Najibi和他们的同事开始将这种新的癌症疫苗策略应用于TNBC。研究小组首先将一种叫做粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）的蛋白质分子装载在海藻酸水凝胶支架上。GM-CSF刺激树突状细胞的发育和聚集，树突状细胞吸收来自肿瘤和其他入侵者的抗原，并将其呈递给淋巴结和脾脏的T细胞，以启动免疫应答。他们还添加了与一种叫做iRGD的肽相连的化疗药物阿霉素（Dox）。iRGD已知可穿透肿瘤，并帮助阿霉素释放后靶向肿瘤。

当化疗药物阿霉素（红色）与肿瘤浸润分子iRGD结合时，它有效地渗透到TNBC（蓝色）中攻击它们（左）。未经此修饰的阿霉素主要保留在水凝胶中，不会迁移到肿瘤中（右）。（来源：哈佛大学Wyss研究所）

当TNBC模型小鼠注射新型疫苗时，与接受包含阿霉素-iRGD的凝胶、未经修饰的阿霉素或未治疗组相比，接受载有GM-CSF和阿霉素-iRGD结合物凝胶的小鼠显示出明显更好的药物对肿瘤的渗透性，增加的癌细胞死亡，以及更少的肺部转移性肿瘤。对凝胶支架的分析表明，它们已经积累了大量的树突状细胞，表明疫苗的免疫治疗和化疗成分都是有效的。

在这些结果的鼓舞下，研究小组随后在疫苗中添加了第3种成分CpG，这是一种合成的细菌DNA序列，已被证明可以增强免疫应答。与接种不含该成分疫苗的小鼠相比，接种了具有这种添加剂的疫苗的小鼠肿瘤生长速度明显减慢，存活时间更长。

载有趋化因子（GM-CSF）、佐剂（TLR9激动剂CpG）和化疗药物（Dox-iRGD）的生物材料支架组成的原位肿瘤疫苗示意图。在肿瘤周围注射生物材料，Dox-iRGD被释放并穿透肿瘤，诱导肿瘤细胞免疫原性死亡，释放的趋化因子可在支架部位积聚大量未成熟树突状细胞。积聚的树突状细胞可以吸收和处理肿瘤抗原，同时被佐剂激活，以激发肿瘤特异性T细胞，从而杀死肿瘤细胞。（来源：Nature Communications）

为了评估这种由3部分组成的疫苗产生的免疫应答的强度和特异性，研究人员从小鼠的淋巴结和脾脏中提取并分析了细胞。令人吃惊的是，14%的淋巴结来源T细胞对肿瘤细胞产生了反应，这表明它们已经被树突状细胞“训练”成可靶向肿瘤。相比之下，接受了两组分疫苗的小鼠和未经治疗的小鼠中分别只有5.3%和2.4%的T细胞对肿瘤细胞有反应。此外，在注射疫苗12天后给予一剂“增强”疫苗可以进一步延长他们的存活时间。

局部作用，长期保护

虽然这些结果揭示了疫苗对激活免疫系统的作用，研究小组还想了解它是如何影响局部肿瘤微环境的。对疫苗及其附近肿瘤的分析表明，用含有GM-CSF、Dox-iRGD和CpG的凝胶治疗的肿瘤细胞表面的钙网蛋白增加，这是细胞死亡的一个指示。此外，接种了3组分疫苗的小鼠也显示出更高数量的促炎巨噬细胞，其与提高抗癌活性和延长生存期有关。

研究人员还发现，他们的治疗使肿瘤细胞表面蛋白PD-L1的表达增加，而肿瘤则利用这种蛋白逃避免疫检测。他们预测疫苗联合抗PD-1治疗阻止这种免疫逃避有助于提高疗效，并对此进行了验证。实验结果显示用凝胶疫苗和抗PD-1联合治疗的小鼠显示肿瘤的大小和数量显著减少，平均存活40天，而未治疗的小鼠存活27天，单独接受PD-1抗体的小鼠存活28天。这种协同作用表明，疫苗可能最好与检查点抑制剂疗法结合使用。

来源：Nature Communications

研究的最后，科学家们还测试了这款新型癌症疫苗在原发性肿瘤切除后预防癌症复发的能力。他们手术切除了小鼠的TNBC肿瘤，然后在肿瘤原发部位附近注射3组分凝胶疫苗或含有所有成分的液体疫苗。两个治疗组的肿瘤复发率均显著降低，但凝胶疫苗使肿瘤生长明显减慢，生存率提高。接着，通过注射癌细胞对小鼠进行再挑战，令人吃惊的是，接种了凝胶疫苗的小鼠100%存活下来，没有转移，而所有未经治疗的小鼠都死于该疾病。

来源：Nature Communications

通讯作者David J. Mooney博士说：“这种疫苗能够在不需要识别患者特异性抗原的情况下引发强有力的免疫应答，这是一个主要优势。其次，局部化疗药物递送的能力可以避开全身化疗的严重副作用。此外，这种疫苗不仅能在原位激活肿瘤特异性TAA的树突状细胞，还能重塑肿瘤微环境，使免疫系统更容易接触肿瘤，并产生免疫记忆，防止进一步复发。”

该团队正在继续探索化疗与癌症疫苗的结合，并希望能提高它们对其他难以治疗的肿瘤模型的抗癌效果。研究小组希望未来的研究能更好地理解和优化该系统，使其能够进入临床试验，并最终造福患者。

“最新版本癌症疫苗是一种新型多功能抗癌疗法，为多种癌症的治疗带来了新的希望。它本质上是一种结合化疗的全新形式，可以通过单次注射给药，并且可能比现在使用的传统疗法具有更高的疗效和更低的毒性。”哈佛大学Wyss研究所创始主任Don Ingber博士总结道。

参考资料：

1# Biomaterial-based cancer vaccine combines chemo and immunotherapy to treat triple-negative breast cancer (来源：Medical press)

2# Hua Wang et al. Biomaterial-based scaffold for in situ chemo-immunotherapy to treat poorly immunogenic tumors. Nature Communications (2020)