免疫检查点抑制剂(ICIs)已经深刻改变了现代肿瘤治疗格局,但由于抗原可见性有限、显著的遗传异质性以及高度免疫抑制性的肿瘤微环境,许多实体瘤仍然难以有效治疗。这些挑战促使研究者将目光聚焦于新抗原——由肿瘤特异性突变产生、仅在癌细胞中表达的肽类抗原。
由于新抗原能够逃避免疫系统在胸腺发育过程中形成的中枢耐受,它们可以诱导强烈且高度特异的抗肿瘤 T 细胞免疫反应,因此成为新一代肿瘤免疫治疗的重要基础。随着高通量测序和生物信息学技术的发展,研究人员如今可以精确描绘每位患者的新抗原图谱,从而支持个体化新抗原疫苗(PNV)的开发。这类疫苗旨在诱导持久、靶向肿瘤的免疫反应,早期临床研究已显示其具有良好的安全性、可行性以及显著的 T 细胞激活能力,使其成为 ICIs 治疗实体瘤的重要补充手段。
值得注意的是,新抗原不仅来源于基因点突变,还可能源自非基因组层面的改变,例如异常剪接、替代开放阅读框(ORFs)、异常的翻译后修饰,以及病毒来源的 ORFs。这些来源显著拓展了可靶向抗原的范围,使新抗原疫苗的设计空间更加广阔。
新抗原发现与疫苗开发流程
个体化新抗原疫苗的开发通常始于患者肿瘤的基因组特征分析。通过全外显子测序和 RNA 测序,可以系统性地识别体细胞突变和异常转录本。进一步结合单细胞测序、空间转录组学等多组学技术,有助于确认候选新抗原的真实表达情况并优化筛选过程。免疫肽组学,即对与 HLA 分子结合的天然肽段进行质谱分析,则可直接验证哪些肽真正被呈递在细胞表面,并帮助发现非经典的新抗原表位。
在此基础上,研究人员利用主要组织相容性复合体(MHC)结合预测和抗原加工算法,对候选新抗原进行进一步筛选,评估其被患者人类白细胞抗原(HLA)分子呈递的可能性。常用的预测工具包括 NetMHC、NetMHCpan、MHCflurry(用于 MHC I 类)以及 NetMHCIIpan、MixMHC2pred(用于 MHC II 类)。需要指出的是,由于肽段长度可变性和 HLA 多态性,MHC II 类抗原的预测准确性仍然相对有限。经过优先级排序的新抗原肽随后被合成,或被编码进 mRNA 或 DNA 平台中,用于制备个体化新抗原疫苗。
功能验证是该流程中至关重要的一步。优选的新抗原肽通常需要在患者自身或供体来源的 T 细胞中进行检测,通过共刺激分子(如 4-1BB、OX-40)的表达,或在 ELISpot 实验中检测干扰素-γ(IFN-γ)的释放来评估免疫激活效果。此外,细胞内细胞因子染色、多聚体/四聚体染色以及 TCR 序列谱追踪等方法,也常用于验证抗原特异性和 T 细胞克隆扩增情况。
在小鼠模型中,个体化新抗原疫苗,尤其是在与 PD-1 或 CTLA-4 抑制剂联合应用时,能够诱导强烈的 T 细胞扩增,重塑肿瘤微环境,并显著延长生存期。针对黑色素瘤及其他实体瘤的早期临床研究也证实,这类疫苗不仅可以激活既有的肿瘤特异性 T 细胞,还能诱导新的初始 T 细胞应答。这些结果共同表明,新抗原疫苗有望成为免疫检查点抑制治疗的有力协同策略。尽管体外预测手段日益精细,但真正具备免疫原性的候选新抗原比例仍然有限,这进一步凸显了免疫肽组学和 T 细胞功能实验等正交验证手段的重要性。
作用机制
个体化新抗原疫苗通过启动新的 T 细胞初始应答,在淋巴结中驱动肿瘤特异性 CD4⁺(辅助性)和 CD8⁺(细胞毒性)T 细胞的扩增。树突状细胞摄取并呈递疫苗编码的新抗原肽,激活此前未在胸腺中被清除的高亲和力 T 细胞,使其识别仅存在于肿瘤细胞表面的肽-MHC 复合物。cDC1 介导的 MHC I 类交叉呈递与 cDC2 介导的 MHC II 类呈递相互协同,促进 CD8⁺ T 细胞效应功能的增强以及 CD4⁺ T 细胞辅助作用和免疫记忆的形成。
随着肿瘤细胞被清除,“表位扩展”现象进一步扩大免疫反应的广度,使免疫系统能够识别更多非疫苗靶向的新抗原和其他肿瘤相关表位。这一现象已在接受 NeoVax 治疗的黑色素瘤患者,以及 NEO-PV-01 与帕博利珠单抗联合治疗的早期研究中得到验证,并与 TCR 多样性的持续扩展和长期抗肿瘤免疫监视能力相关。
当个体化新抗原疫苗与 ICIs 联合应用时,免疫效应可进一步放大。PD-1 或 CTLA-4 抑制剂解除对新抗原特异性 T 细胞的抑制,使其在原本免疫“冷”的肿瘤中也能发挥效应。多项研究表明,与单独使用疫苗或 ICIs 相比,联合治疗可显著增加肿瘤内 T 细胞浸润、拓展 TCR 克隆多样性,并提高新的免疫应答发生率,从而改善患者的无进展生存期。
临床研究现状
个体化新抗原疫苗的临床转化正在快速推进,其中 BioNTech、Moderna 和 Genentech 等公司处于领先地位。2017 年的一项 NeoVax 先导研究在 IIIB/C 或 IV 期黑色素瘤患者中首次显示了该策略的潜力。术后接受个体化长肽疫苗的患者中,多数在随访期内保持无复发状态,部分患者在后续接受抗 PD-1 治疗后实现完全缓解。
Genentech 的 NEO-PV-01 项目在一项 I b 期临床试验中纳入了晚期黑色素瘤、非小细胞肺癌和膀胱癌患者。结果显示,该疫苗与帕博利珠单抗联合使用,可诱导新的、新抗原特异性的 CD4⁺ 和 CD8⁺ T 细胞免疫反应,并伴随显著的表位扩展。
目前,mRNA 技术平台已成为个体化新抗原疫苗研发的前沿方向。Moderna 的 mRNA-4157/V940 在与帕博利珠单抗联合应用的 KEYNOTE-942 IIb 期黑色素瘤试验中,使复发风险降低约 44%,并由此获得突破性疗法认定,进入 III 期临床研究。
面临的挑战与未来方向
尽管临床进展迅速,个体化新抗原疫苗仍面临多重挑战。肿瘤内和肿瘤间的异质性导致突变谱不断变化,使免疫逃逸更加复杂,也增加了抗原筛选的难度。同时,个体化疫苗的生产流程高度依赖快速测序、新抗原预测以及定制化的 GMP 生产,资源和成本投入较高。
此外,可靠的预测生物标志物仍然有限。虽然肿瘤突变负荷常被用作新抗原数量的间接指标,但只有一部分非同义突变能够被有效加工并呈递到 MHC 分子上,真正转化为免疫原性新抗原。
展望未来,随着下一代测序技术和肿瘤生物信息学的持续进步,新抗原发现效率将进一步提升。人工智能驱动的表位预测正在不断优化高价值靶点的筛选过程。与此同时,个体化新抗原疫苗与 ICIs、放疗、化疗或过继细胞治疗等策略的理性联合,有望更有效地应对肿瘤异质性,增强 T 细胞的激活、浸润和长期维持能力,从而推动这一精准免疫治疗模式走向更广泛的临床应用。
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