肿瘤新生抗原：从发现到免疫治疗

一、研究背景

1988年，De Plaen研究团队发现，在小鼠P815肿瘤模型中，来源于肿瘤体细胞突变产生的多肽可被T细胞所识别，证实了肿瘤新生抗原（Neoantigen）的存在^[1]。肿瘤新生抗原是一类肿瘤特异性抗原，由肿瘤细胞基因突变而产生，并且可在细胞表面表达、加工和呈现，随后在主要组织相容性复合物（major histocomp atibility complex, MHC）分子的作用下被T细胞识别，从而激活机体的免疫系统，引起一系列免疫应答反应。新生抗原来自肿瘤细胞中突变基因的表达，并不存在于正常的组织细胞中，因此可以引发真正的肿瘤特异性T细胞免疫反应，避免对非肿瘤组织造成“脱靶”损伤。这些特点使得肿瘤新生抗原成为基于T细胞的肿瘤免疫治疗的理想靶点，具有广泛的治疗前景和临床应用价值。

二、肿瘤新生抗原的来源

De Plaen及其同事当年在小鼠肿瘤模型中所发现的第一个新生抗原，其肿瘤突变基因与正常基因相比只有一个核苷酸不同，这个单核苷酸的突变产生了一个氨基酸的变化，从而产生可被特异性T细胞识别的突变肽。从2012年开始，高通量测序技术被广泛应用，进一步证明了肿瘤新生抗原可以从各种来源获得，目前可分为以下5类：

包括单核苷酸变异（single-nucleotide variations, SNVs）和插入/缺失突变（insertions and deletions, Indels）。肿瘤细胞的遗传不稳定常导致大量突变，非同义突变编码蛋白产生的变异肽可能通过MHC分子呈递到肿瘤细胞表面，形成肿瘤新生抗原，这种SNVs突变是肿瘤中最常见的基因组水平突变类型。Indels是指处于外显子区域的碱基发生移码突变，从而形成一个新的开放阅读框，并可能产生大量与自身高度不同的肿瘤新生抗原。尽管Indels的发生频率比SNVs低，但前者产生的新生抗原却往往更具免疫原性。

与正常组织细胞相比，肿瘤细胞大多数会发生基因组的结构变异，包括倒位、缺失、重复和易位等。其中由基因组发生易位导致的基因融合会改变阅读框，最终形成肿瘤新生抗原。

选择性剪接也是肿瘤新生抗原的重要来源。细胞维持基因组编码产生蛋白多样性的一种常见机制就是转录组的选择性剪接，通过这种方式，基因的特定外显子可能被排除在成熟的mRNA之外或保留特定内含子，从而导致蛋白质多样性增加。

RNA编辑是一种常见的转录后修饰，可以改变RNA序列中的特定核苷酸，也可以导致非同义替换，从而产生新的蛋白质。通过这种方式，肿瘤蛋白质组的多样性大大提高，从而形成大量的肿瘤新生抗原。

来自非编码区的突变也可成为肿瘤新生抗原的来源。有研究表明，许多非编码区其实也具有编码蛋白质的能力，突变后产生的多肽可被MHC分子所递呈，并可被免疫系统所识别。

三、肿瘤新生抗原的预测

肿瘤体细胞突变的来源非常广泛，我们必须对这些突变序列进行预测，筛选出最能够特异性引起机体免疫应答反应的候选新生抗原，这也是个性化肿瘤免疫治疗中极为关键的环节。

首先在得到患者的肿瘤组织后，可以通过高通量测序技术初步识别肿瘤体细胞的突变序列，再借助AI算法和质谱技术预测潜在的肿瘤新生抗原，在这一过程中需要考虑很多因素，包括HLA分型、TCR结合力、MHC亲和力、肿瘤新抗原来源等；还包括用来评估T细胞反应的相关因素，如T细胞识别、TCR分析和免疫细胞分析等。基于机器学习和人工智能技术的预测算法需要使用验证性数据集进行持续训练，其中数据类型、质量和数量都会极大地影响算法的精度。因此，数据库的不断积累，尤其是经过验证的肿瘤新抗原数据，对于提高算法的准确性极为关键。

四、肿瘤新生抗原在免疫治疗中的应用

基于肿瘤新生抗原的免疫活性，其在免疫治疗领域的应用策略有以下几种：

肿瘤新生抗原在免疫治疗中最主要的应用即开发个性化的新生抗原疫苗。主要流程为：首先从患者身上获取肿瘤组织和正常组织样本，通过高通量测序技术鉴定出肿瘤的突变基因，再利用AI算法同时结合质谱技术分析预测出最有可能成为肿瘤新抗原的基因序列，然后经湿实验验证后，最终设计出针对新生抗原的的肿瘤疫苗。疫苗的形式多样，包括多肽疫苗、核酸（DNA/mRNA）疫苗和树突状细胞（DC）疫苗等，每种剂型都有各自的优缺点。

图1 研制个性化新生抗原疫苗的流程^[2]

2015年，Carreno团队在其研究中给3名晚期黑色素瘤患者接种了基于树突状细胞（DC）的个性化疫苗，这也是首个使用新生抗原疫苗的人类临床试验，其结果证明DC疫苗激活了患者体内的特异性T细胞，增强了机体的抗肿瘤免疫反应^[2]。随后nature期刊又报道了一项用于治疗高危黑色素瘤的个性化多肽新抗原疫苗研究（图2a），I期临床试验评估结果显示，针对之前未经治疗的高危黑色素瘤（IIIB/C期和 IVM1a/b期）患者，在手术切除后进行疫苗接种，达到了治愈的效果（图2b）。

图2 针对高危黑色素瘤患者设计的个性化多肽新抗原疫苗^[3]

例如在TCR-T疗法中，可以对外周血T细胞的TCR进行基因改造，引导其识别某些新抗原，以提高靶向肿瘤细胞的特异性。在基于TIL疗法的临床试验中，通过在体外扩增对肿瘤新生抗原有特异性反应的T细胞，再回输到转移性黑色素瘤患者体内，其病情在十多年内达到完全缓解。

临床上也在尝试将肿瘤新生抗原与其他疗法如免疫检查点抑制剂（如PD-1/PD-L1/CTLA-4）联合使用，防止免疫逃逸，提高临床治疗疗效。此外，放疗、化疗等传统治疗方法也可以增强新生抗原疫苗的作用。

五、总结

尽管基于肿瘤新生抗原的免疫疗法在临床试验中已显示出明显的治疗效果，但其发展仍面临许多挑战，如：寻找更有效的抗原、改进预测新抗原的筛选方法、开发不同肿瘤疫苗的递送技术等等。当然，随着越来越多基础研究和临床试验的展开，我们有理由相信，基于肿瘤新生抗原的疗法仍然是癌症免疫疗法中很有前景的领域。

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