肿瘤免疫疗法的发展经历了从Coley Toxin到卡介苗,各种细胞因子,肿瘤疫苗,传统细胞疗法的发展才有了今天的检查点抑制剂,CAR-T疗法以及各种组合疗法。
肿瘤免疫疗法是如何诞生的?

I

1890年夏天,Elizabeth Bessie Dashiell准备乘火车穿越整个大陆前往阿拉斯加。这位新泽西州的金发少女虽然才刚满17岁,却无比热爱探险。

但在这次旅行中却发生了一次小意外,她的右手卡在了火车座椅中间,手背上留下了淤青的伤痕。她觉得有些疼痛,但像所有的正值青春发育的活泼少年们一样,磕磕绊绊在所难免,这点小伤并没有引起她的注意。

一周之后她的右手又开始疼痛。为了缓解不适感她将手以及手腕用支架固定住。时间一天天的过去,她的疼痛却越来越严重,经常在睡梦中出现难以忍受的刺痛。Bessie的家人非常担心,在 10月1日那天她的父母带她前往纽约医院就诊。而接诊她的是一位年轻的外科医生William Coley。

28岁的Coley是耶鲁以及哈佛大学的毕业生,不久前刚在这家医院完成了外科手术技能培训,而他接诊Bessie的时候也正是他独立行医的第一年。Coley对她进行了详细的检查,他发现Bessie的小拇指的指骨间关节上方有个大约半个橄榄大小的肿物,且伴有压痛。起初他怀疑这个肿块是由感染导致的,但Coley却发现她腋窝附近的淋巴结并没有肿大。

几天之后,他切开了Bessie手指上的肿块准备排脓,却没有发现脓液。Coley感到非常困惑,这个肿块触感非常坚硬,而且略带灰色,他实在不知道这个肿块是什么。Coley为Bessie缝合了伤口并进行了消毒,把她的手重新用支架固定住。Bessie就这样在父母的陪同下回家了。

十月末,Bessie再一次来到Coley所在的医院就诊,此时她的疼痛已经变得难以忍受。但Coley依然不知道Bessie的病因。这一次Coley切开了更大的切口,把肿物切除后进行缝合。Bessie的疼痛减轻了许多,然而几天后钻心的疼痛再次来袭,而且她的几个手指已经逐渐开始失去知觉。最终这位经验并不丰富的医生才开始怀疑Bessie手指上的肿块可能是肿瘤。之后的病理检查也验证了他的猜想,Bessie患有圆形细胞肉瘤。

1890年11月8日,在导师的指导下Coley切除了Bessie肘部以下的手臂,然而此时Bessie的肿瘤早已扩散,这次手术并没有起到多大的作用。12月初,她的左胸部出现了杏仁大小的肿块。到圣诞节的时候,她已经虚弱得无法站立。在就诊四个月后的1891年1月23日,Bessie痛苦的离开了人世。

Coley对Bessie的离世感到十分的难过。然而正是在经历了这一次打击之后,Coley开始重新思考他的行医方向,并最终决定成为一名肿瘤科医生。

肿瘤免疫疗法是如何诞生的?

左: John Rockefeller and Bessie Dashiell;右: William Coley

II

在一个阴雨天的午后,Coley坐在昏暗的档案室里翻看着他的导师William Bull留下的病历。其中有一个病历吸引了他的注意,该病历记录了一个名叫Fred Stein的德国移民就诊的过程:

1980年秋天,Stein左脸耳朵前面的地方出现了一个红色的小肿块,并逐渐长成鸡蛋大小。1881年6月,医生通过手术切除了这个肿瘤。但仅三个月后,他的脸上又长出来一个鸽子蛋大小的肿瘤,医生再一次对肿瘤进行切除。而在进行第二次手术的两年后,Stein的肿瘤再一次复发。这一次肿瘤是长在左耳的下方,直径有四英寸半那么长,看起来像一大串葡萄。

1884年6月5日,Bull切除了这个肿物。但由于这一次手术的伤口太大,他只能通过皮肤移植来覆盖住伤口。医生试了几次皮肤移植都没有成功,不得已只能将伤口裸露。三个月之后,Bull对Stein进行了最后一次肿瘤复发切除手术,此时他的肿瘤已经感染并伴有溃疡。

由于手术的过程中发现肿瘤与颈动脉相连,所以医生只能对其进行部分切除。术后Stein的颈部留下了一个5英寸长4英寸宽的伤口。Bull当时觉得他真的是已经无药可医了。

但Bull还是再一次尝试了皮肤移植,遗憾的是这一次依然失败了。一周之后Stein高烧不退、面部出现红斑,这是典型的化脓链球菌(Streptococcus pyogenes ) 感染引起的丹毒。

而19世纪的时候抗生素还没有被发现,医生对这类感染也束手无策。同时患有肉瘤和丹毒,大概也难再找到更糟糕的状况了吧。医生们只能将Stein隔离起来,防止其他病人被化脓性链球菌感染。

但是,奇迹出现了。每一次Stein出现丹毒之后,他的肿瘤就会缩小一点,溃疡也随之快速愈合,几次之后他的肿瘤竟然完全消失了,伤口愈合后只留下了一道‘健康的伤疤’。在1885年2月,Stein康复出院了。

Coley看了病历之后抑制不住心中的狂喜,这应该就是一名医生对医学的热情的最好体现了吧,他仿佛亲身经历了Stein起死回生的过程一般,难以抑制心中的喜悦。

十九世纪的时候还没有放疗和化疗,手术几乎是治疗癌症的唯一手段。如果不能进行手术,那么病人唯一的选择只能是等待死亡的来临。但Coley却看到了希望,他的热情已被Stein点燃,在他还没有从Bessie去世的难过中走出来时,他就开始了治愈癌症的探索之路,开始了他一生的追求。

III

Coley在看过Stein的病历之后,他便开始思考如何复制Stein的康复过程。起初他的做法是向病人体内注射活细菌。

Coley使用该疗法治疗的第一个病人是Zola,一位患有不可切除颈部肉瘤的意大利移民。Zola的肿瘤已扩散至扁桃体并开始阻塞喉部,当时的他大概只剩下几个星期的生命了。1891年5月,在征得Zola同意后Coley向他体内注射了化脓性链球菌。由于化脓性链球菌的高传染性,他必须将Zola隔离。但让Coley失望的是,Zola注射细菌之后的反应却很微弱,并没有出现感染样症状。

尽管如此,经过治疗的一个月后他扁桃体上的肿瘤还是缩小了。十月的时候Zola的病情恶化,此时Coley去了趟欧洲并带回来了些致病性更强的化脓性链球菌。在注射之后Zola的身体止不住的颤抖,并开始恶心、呕吐,浑身疼痛,发烧至40度。他的颈部、头部、面部开始出现红疹。而第二天,他的肿瘤便开始化脓,缩小。两周之后,Zola颈部的肿瘤消失了,虽然扁桃体的肿瘤还在,但已经非常小了。

Zola的成功使Coley备受鼓舞,他开始变得更加大胆。1891年至1893年间,他总共治疗了12位病人,其中两人死于化脓性链球菌感染。为了提高注射细菌的安全性,他决定使用加热灭活的细菌。与此同时他开始与病理学家和细菌生物学家合作,寻找其他类型的细菌。最终他确定了最佳的方案:使用灭活的酿脓链球菌(Streptococcus.pyogenes) 和粘质沙雷菌 (Serratia marcescens) 混合物,这就是著名的Coley Toxin (科利毒素)。

之后他随导师Bull前往新成立的纽约癌症医院工作。在那里他获得了更多的支持和资源。直到1933年退休,Coley一直在使用Coley Toxin治疗癌症患者。

在这40多年的时间里,Coley一共治疗了超过一千名病人,其中大约500人接近完全缓解 (near complete regression)。Coley Toxin的名气越来越大,包括美国,英国,比利时,中国在内的许多国家也开始使用该疗法。

Coley当时并不知道毒素是如何起作用的,他只能慢慢摸索。但在治疗的过程中Coley总结了对于疗效非常关键的几个因素:

1. 产生疗效最关键的是能够模拟人体的急性感染状态,病人高烧是产生疗效所必须的。

2. 在治疗的前一两个月病人必须每天注射或者隔天注射毒素。为了避免免疫耐受,注射的剂量必须依据病人的反应逐渐提高。

3. 最好对原发或者转移肿瘤进行瘤内注射 (肿瘤可及的情况下)。

4. 为了防止复发,必须在肿瘤消失后依然每周注射并连续治疗6个月以上。

IV

虽然Coley医生治愈了为数众多的癌症患者,但其他医生却很难重复Coley医生的治疗效果。偶尔有一些医生报道了使用Coley Toxin后病人病情缓解,但多数医生发现在使用该毒素后病人的肿瘤并没有缩小。究竟是什么原因导致了这种差异呢?

产生疗效差异的一个重要原因是毒素生产过程中的质量控制问题。由于缺乏对于质量稳定性重要性的认识,而且由于缺乏微生物学领域的技能培训,Coley只能依赖其他人来生产毒素,而且Coley一直没有公开发表Coley Toxin的详细制备方法。在Coley医生使用该毒素的几十年内,他至少使用了13种制备方法生产的毒素,其中多数毒素的毒性非常低。

很多医生以及制药公司 (比如辉瑞旗下的Parke Davis) 也自行制备过该毒素,但由于制备的毒素毒性太弱,而且并没有产生预期的疗效,很多医生便得出Coley Toxin无效的结论。由于标准化生产流程的缺乏,使不同医生或药厂制造的毒素品质不同,因此疗效不一致也情有可原。

除此之外,毒素的使用方法对于其疗效也有非常大的影响。正如Coley医生自己总结的规律那样,注射的频率、部位以及毒素的治疗周期对疗效都有很大影响。比如尽管有些病人在6周之后就出现完全缓解,但此时并不能停止注射毒素。但其他医生在使用Coley Toxin的过程中并没有严格按照Coley总结的这些规则来进行。而且毒素通常需要隔天注射,持续使用数月甚至数年,很少有医生愿意在单个病人身上花费如此大的精力。

Coley医生的治疗方式和理念毫无疑问是非常超前的,当时的人们对免疫系统的概念和功能缺乏认识,也并不知道免疫反应与肿瘤的关系。20世纪初,癌症的放疗手段逐渐兴起,新仪器的出现可以使射线穿透力更强,杀灭身体内部的肿瘤细胞。到了50年代化疗的出现使很多患者的肿瘤能够在短时间内快速缩小。相对于Coley Toxin制备的复杂性和使用上的繁琐,放化疗的标准化使用无疑是医生们更好的选择。

但对于晚期患者而言,快速缩小肿瘤体积并不能最终转化为患者的生存优势。那Coley Toxin对于病人的生存期延长是否有益呢?遗憾的是当时并没有双盲的随机对照临床试验,无法比较毒素与其他治疗手段产生的患者生存期差异。

1963年,由于反应停事件的影响,FDA对新药的临床研究开始实施严格的监管。尽管Coley Toxin已经有70年的历史,但FDA认为Coley Toxin必须进行严格的临床试验,确定其疗效之后才能被批准上市。由于Coley Toxin本就不是主流 (只对肉瘤等一部分类型的肿瘤有效),也很少有医生愿意花费精力研究它的有效性 (60年代至今有过一些小规模相关临床研究),所以Coley Toxin逐渐消失在了医生的视野中,以至于现在有些肿瘤科医生都没有听说过这个名词。

虽然Coley Toxin的作用机制研究对于我们理解肿瘤免疫仍具有非常重要的意义,但作为治疗手段,Coley Toxin早已被淹没在现代肿瘤免疫疗法的洪流之中。肿瘤免疫疗法的发展经过了曲折而漫长的过程,经历了从Coley Toxin到卡介苗,各种细胞因子,肿瘤疫苗,传统细胞疗法的发展才有了今天的检查点抑制剂,CAR-T疗法以及各种组合疗法。今后如果有机会笔者将对肿瘤免疫疗法的发展过程,现状以及未来趋势做详细介绍。

无数的医生,无数的病人,无数的科研工作者为现代免疫学的发展做出了贡献,正是由于这些人的努力才有了今天的肿瘤免疫疗法。但我想我们最先应该感谢的,是这位在黑暗中探索,对医学抱有极大热情的肿瘤免疫疗法之父,William Coley医生。

本文来自微信公众号“ 医药魔方”,作者:Jerry Pharmcube。原标题为《肿瘤免疫疗法的诞生》。