腫瘤的治療方法除了手術、放療、化療這些傳統方法之外，尤為火熱的方法是腫瘤免疫治療方法，腫瘤免疫治療通過激活患者自身免疫系統對腫瘤細胞的識別和殺傷，恢復機體正常的抗腫瘤免疫反應，從而治療腫瘤的一種治療方法。相較于傳統的腫瘤治療方法，腫瘤免疫治療具有反應快，療效好，能有效防止復發的顯著優勢。近年來，研究人員對免疫系統在腫瘤發生發展中的作用和認識有了很大進展，新的免疫療法也在不斷發展，引起廣泛關注的有免疫藥物療法，免疫細胞療法，個性化腫瘤疫苗。
個性化腫瘤疫苗背景介紹
腫瘤疫苗（tumor Vaccine）通過表達特異性的、具有免疫原性的腫瘤抗原（如：多肽、DNA 和 RNA 等），激活或加強機體自身抗腫瘤免疫進而清除腫瘤細胞。2010 年 4 月，美國食品藥品監督管理局（FDA）批準自體主動免疫療法藥及真正的治療性癌癥疫苗——Provenge/ sipuleucel- T 用于治療晚期前列腺癌，但其產品成本和有效性欠佳，原因在于其針對的抗原是腫瘤相關抗原（TAA），TAA 只是在癌癥細胞大量表達，機體自身也同時存在這些蛋白，從而產生了中樞耐受。所以基于 TAA 研發的腫瘤疫苗副作用大且免疫效果差，這些 TAA 并不是理想的抗原。
隨著分子生物學的發展，人們認識到腫瘤普遍存在異質性，每個人的腫瘤都攜帶不同的特異蛋白，稱為腫瘤特異性抗原（TSA）或腫瘤新抗原（Neoantigen）。它們是體細胞突變而產生的新蛋白，并不存在于正常細胞中。基于這類突變預測新抗原在腫瘤的個性化免疫治療方向有廣闊的應用前景。腫瘤新抗原具有高度的免疫原性。作為新興的腫瘤免疫療法方法之一，針對它開發的疫苗已用于各種實體瘤的臨床試驗，尤其是在黑色素瘤的治療中有廣泛應用。
如何定制個性化腫瘤疫苗？
①從患者身上獲得足夠的腫瘤組織和對照樣本。
②對腫瘤組織和正常組織進行全外測序，以尋找突變的基因和異常蛋白。轉錄組測序確認該突變所在的蛋白在腫瘤中有一定量的表達，確保可產生腫瘤特異性蛋白。
③使用計算機模型和基于質譜的免疫組學技術預測抗原蛋白。
④體內和體外免疫學實驗驗證和確定新抗原。
經典案例：個性化腫瘤疫苗治療黑色素瘤
2017 年 7 月，Nature 雜志接連發表了兩篇個性化腫瘤疫苗成功治療黑色素瘤患者的案例。一篇是德國 Johannes Gutenberg 大學醫學中心的研究人員對 13 位 III 期和 IV 期患者的試驗。接種疫苗后，所有患者均出現強烈的免疫應答，8 名在接下來的 1 - 2 年隨訪期內沒有出現復發，其它復發患者在接種后出現明顯的腫瘤縮小，或結合抗 PD- 1 治療后腫瘤完全消退。另一篇是美國 Dana-Farber 癌癥研究所的研究人員公布的，試驗囊括了 6 名患者，其中 4 位在 2 年時間內無復發，另外兩名復發患者結合抗 PD- 1 治療后腫瘤完全消除。
左圖：Sahin U（2017）研究中，6 例病人注射疫苗 16 周后均有明顯免疫反應；右圖：Ott P A（2017）研究中的 10 例患者在接種疫苗后出現明顯免疫反應。
腫瘤新抗原預測：伯豪幫您完成前期抗原篩選
伯豪生物整合了已有分析資源，推出了新抗原預測解決方案。使用 全外顯子組（ 人全外顯子組測序只需 888 元 / 樣本 ） 和轉錄組測序方法，計算出體細胞突變和相關基因的表達量。通過 NetMHC 軟件預測與 MHC 分子具有結合能力的突變肽；并通過腫瘤克隆結構分析推斷這些突變所在的克隆，以衡量抗原選擇的主次關系。
此外，全外測序和轉錄組測序聯合也可以應用于腫瘤免疫檢查點抑制劑 PD- 1 耐藥性的機理研究。接下來分享一篇 Hugo W 等發表于《Cell》的 Genomic and Transcriptomic Features of Response to Anti-PD-1 Therapy in Metastatic Melanoma 研究。
研究背景
PD- 1 免疫檢查點抑制劑（PD-1 immune checkpoint blockade）治療黑色素瘤（melanoma）具有顯著的臨床效果，但腫瘤耐藥現象也很突出（60-70%）。具體來說，有些病人的腫瘤組織對 PD- 1 療法很敏感，治療后腫瘤會得到有效的控制（reponsing）；而有些病人卻未能得到控制（non-responsing），即存在腫瘤先天性 PD- 1 免疫治療耐藥性（IPRES，innate anti-PD-1 resistance）。從全外顯子測序和轉錄組數據入手，有助于探討這種耐藥性（IPRES）背后的機理。
技術路線
研究結果
1、通過全外顯子測序分析體細胞突變
結果顯示，細胞突變量（overall mutation load）和患者的存活率顯著相關（p=0.005），非同義突變多的患者存活率也高。PD- 1 響應組中 DNA 修復基因 BRCA2 的突變頻率高，突變頻率為 28%（6/21），但在 PD- 1 無響應組中只有一例發生突變（6%，1/17）。
2、通過轉錄組測序分析基因表達
基因差異表達分析（DSGs）找到一個包含間充質細胞和 T 細胞抑制炎性或血管瘤的表型。進一步分析這一表型對應的生物學過程，PD- 1 響應組的 GO 分析未能找到顯著富集的結果，但 PD- 1 無響應組找到了一個與細胞粘附、間充質轉化、創傷愈合以及血管生成有關的過程，進而找到一個包含了 26 個基因的集合（IPRES，先天性 PD- 1 抵抗特性），與間質轉移、血管生成、缺氧和創面愈合相關，對 PD- 1 的療效有負影響作用。特別值得注意的是，MAPK 靶向療法能夠在黑色素瘤中誘導類似的轉錄特征出現，這也就意味著 MAPK 抑制劑療法可能與 anti-PD- 1 療法存在交叉抵抗的情況。利用 TCGA 數據分析發現其他 3 個黑色素瘤研究中 IPRES 特征基因也具有顯著的表達差異；同時包括胰腺癌 PAAD、腎小球透明細胞癌 KIRC、結腸腺癌 COAD、肺腺癌 LUAD 和皮膚皮膚黑色素瘤 SKCM 其他的腫瘤中也存在顯著差異。
參考文獻：
[1] Sahin U, Derhovanessian E, Miller M, et al. Personalized RNA mutanome vaccines mobilize poly-specific therapeutic immunity against cancer.[J]. Nature, 2017, 547(7662):222-226.
[2] Ott P A, Hu Z, Keskin D B, et al. An immunogenic personal neoantigen vaccine for patients with melanoma[J]. Nature, 2017, 547(7662):217
[3] FDA News Release. FDA approval brings first gene therapy to the United States. 2017.
[4] Ledford H. Personalized cancer vaccines show glimmers of success. Nature News & Comment, 2017.
[5] Hugo W, Zaretsky J M, Sun L, et al. Genomic and Transcriptomic Features of Response to Anti-PD-1 Therapy in Metastatic Melanoma.[J]. Cell, 2016, 165(1):35-44.
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