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免疫抑制 David Munn大概不會(huì)想到，他幾十年前所做的工作，竟會(huì)在腫瘤免疫療法領(lǐng)域掀起如此大的波瀾。畢竟在他發(fā)現(xiàn)IDO的功能之前，他的愿望只是成為一名兒科醫(yī)生。 Munn出生于亞特蘭大，在讀完本科之后他選擇前往喬治亞醫(yī)學(xué)院攻讀醫(yī)學(xué)博士，畢業(yè)之后沒多久之后他就找到了自己職業(yè)生涯的關(guān)注點(diǎn)：兒童癌癥。 兒科的癌癥在上世紀(jì)五六十年代幾乎無法治愈，患有這些癌癥的孩子相當(dāng)于已經(jīng)被判了死刑。但隨著化療藥物的出現(xiàn)及其應(yīng)用越來越成熟，到Munn畢業(yè)的八十年代已經(jīng)有大約百分之六七十的癌癥兒童能夠被治愈。 這的確是非常了不起的進(jìn)步，但高治愈率的背后卻是那些接受化療的孩子們所面臨的沉重代價(jià)。很多病人在接受化療之后會(huì)出現(xiàn)明顯的毒性反應(yīng)，有的副反應(yīng)會(huì)在停藥很長時(shí)間之后才出現(xiàn)，而且有證據(jù)顯示化療藥物會(huì)影響兒童的認(rèn)知能力，從而為他們未來的學(xué)業(yè)以及生活帶來很多的不便。 如果有其他選擇的話，化療大概不會(huì)是一個(gè)很好的選擇。但盡管如此，當(dāng)時(shí)的Munn 也像大部分其他醫(yī)生一樣，并沒有什么很好的解決辦法。 Munn在紐約的紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心工作的時(shí)候，他第一次接觸到了腫瘤免疫。但當(dāng)時(shí)人們對于腫瘤免疫的理解還非常的粗淺，甚至并不知道他們所采用的治療手段正是腫瘤免疫療法。 上世紀(jì)八十年代，Munn所在的醫(yī)院就已經(jīng)開始對兒童進(jìn)行骨髓移植手術(shù)。但骨髓移植的目的并不是為了治療癌癥，而是為了挽救那些飽受化療藥物摧殘的病人，因?yàn)榛熕幬锊粌H能夠殺滅癌細(xì)胞，也有可能同時(shí)摧毀病人的免疫系統(tǒng)，從而引發(fā)致命的感染。所以當(dāng)時(shí)進(jìn)行骨髓移植的目的很簡單，就是為了重建病人的免疫系統(tǒng)。從這個(gè)角度來講骨髓移植確實(shí)算不上是免疫療法。 而且當(dāng)時(shí)為了避免出現(xiàn)移植物抗宿主反應(yīng)，在進(jìn)行骨髓移植之前需要去除其中的T細(xì)胞，以確保得到純度比較高的干細(xì)胞。由于當(dāng)時(shí)的主流方式就是如此，所以Munn也并沒有覺得有什么問題。而且他們發(fā)現(xiàn)如果把T細(xì)胞的數(shù)量降低到原來的千分之一的話，確實(shí)可以消除免疫排斥反應(yīng)。 但當(dāng)積累的骨髓移植數(shù)據(jù)越來越多之后，研究人員卻發(fā)現(xiàn)，其實(shí)存在程度較輕的免疫排斥反應(yīng)對患者來說其實(shí)并不是壞事，因?yàn)橐浦参锊粌H能夠攻擊宿主的正常細(xì)胞，同時(shí)也能夠殺滅癌細(xì)胞。所以當(dāng)時(shí)的很多人開始意識到骨髓移植治療這些病人所取得的成功，其實(shí)很大程度上應(yīng)該歸功于這些免疫反應(yīng)的存在。 這一發(fā)現(xiàn)一直存在于Munn的腦海之中，他知道這樣的研究結(jié)論非常重要，但是卻無法解釋移植物抗宿主反應(yīng)殺滅癌細(xì)胞的詳細(xì)機(jī)制，畢竟當(dāng)時(shí)的免疫學(xué)研究仍然存在著大量的空白。 但有一個(gè)關(guān)鍵性的因素其實(shí)很明顯，那就是T細(xì)胞的存在。T細(xì)胞對移植物抗宿主反應(yīng)的形成至關(guān)重要，而移植物抗宿主反應(yīng)似乎又是這些病人病情緩解的重要原因之一，到底T細(xì)胞是通過何種神奇的方式介導(dǎo)這一反應(yīng)的呢？ T細(xì)胞確實(shí)令當(dāng)時(shí)的Munn非常著迷，因?yàn)樗繲細(xì)胞能夠控制病毒感染，病毒通常只有很少的基因，但這十幾二十個(gè)基因就足以活化人的免疫系統(tǒng)，誘導(dǎo)人免疫系統(tǒng)識別并清除被病毒感染的細(xì)胞。而癌細(xì)胞內(nèi)存在成百上千的突變，為什么免疫系統(tǒng)卻無法對腫瘤發(fā)起攻擊呢？ 這確實(shí)是個(gè)很有意思的問題，而且當(dāng)時(shí)腫瘤免疫學(xué)領(lǐng)域的科研人員也有著同樣的思考。其實(shí)當(dāng)時(shí)已經(jīng)有很多的科研人員在進(jìn)行腫瘤免疫療法的研究，NIH的 Steve Rosenberg 正是其中之一。 Rosenberg 是一位極具科研天賦以及臨床洞察力的醫(yī)生。當(dāng)時(shí)解釋免疫系統(tǒng)無法對抗腫瘤的主流觀點(diǎn)是，人體的免疫系統(tǒng)并不能夠識別腫瘤細(xì)胞，然而Rosenberg 卻發(fā)現(xiàn)很多黑色素瘤患者能夠?qū)L-2產(chǎn)生明顯應(yīng)答 (見：從魏則西到Emily Whitehead，看腫瘤免疫細(xì)胞療法的巨大突破)，甚至能夠治愈一部分病人。這其實(shí)也就否定了之前的觀點(diǎn)，人體自身的免疫系統(tǒng)確實(shí)能夠識別并殺滅腫瘤細(xì)胞。 但最關(guān)鍵的問題是，在不使用IL-2的情況下，為什么人體的免疫系統(tǒng)能夠無視腫瘤的存在呢？腫瘤是否能夠抑制免疫系統(tǒng)的功能？ 實(shí)際上當(dāng)時(shí)已經(jīng)有一些研究發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)確實(shí)存在免疫抑制，其實(shí)我們可以找到一個(gè)非常好的例子來證明這種機(jī)制的存在，那就是胎兒在子宮內(nèi)的發(fā)育過程，因?yàn)樘涸诎l(fā)育的過程中并不會(huì)受到免疫系統(tǒng)的猛烈攻擊。 生長在子宮內(nèi)的胎兒盡管與母親的血液系統(tǒng)相連，但母親血液中的T細(xì)胞能夠通過胎盤流向胎兒。然而胎兒有一半的基因來自父親，在此種情況下，很多來源父親的基因產(chǎn)物應(yīng)該被識別為外來物。 但事實(shí)上免疫系統(tǒng)并沒有對這些所謂的外來物發(fā)起攻擊。當(dāng)時(shí)一些科學(xué)家推測可能的原因是胎兒不存在抗原遞呈。但Munn在實(shí)驗(yàn)過程中的一次偶然發(fā)現(xiàn)卻完全推翻了這一理論。 神奇的代謝 Munn 在 Sloan 任職的時(shí)候，他和他的導(dǎo)師 Nai-Kong Cheung 一直試圖共同培養(yǎng)T細(xì)胞以及巨噬細(xì)胞這兩種免疫細(xì)胞。這項(xiàng)工作的目的其實(shí)很簡單，就是為了觀察能夠吞噬腫瘤細(xì)胞的巨噬細(xì)胞是否能夠活化T細(xì)胞。這個(gè)過程其實(shí)也正是我們現(xiàn)在所熟知的抗原遞呈，巨噬細(xì)胞在吞噬腫瘤細(xì)胞之后會(huì)將分解的蛋白片段遞呈給殺傷T細(xì)胞。 當(dāng)時(shí)人們對這些類型的免疫細(xì)胞的功能并不十分了解，并不知道巨噬細(xì)胞并不是典型的抗原遞呈細(xì)胞，使用樹突狀細(xì)胞來進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)更合適。因此現(xiàn)在看來實(shí)驗(yàn)失敗也是情理之中的事情。 對基礎(chǔ)科研領(lǐng)域不熟悉的人常常會(huì)好奇科研的快感從何而來，大概 Munn 的這項(xiàng)研究能夠很好的回答這一問題。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)雖然沒有達(dá)到預(yù)期的目的，但他們卻有了意外的發(fā)現(xiàn)。當(dāng)他們將巨噬細(xì)胞與T細(xì)胞放在一起時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞并不能被活化，而是受到功能抑制。 我覺得任何一個(gè)對科研抱有熱情的人面對這樣的結(jié)果都會(huì)夜不能寐，寢食難安。所以，到底T細(xì)胞的功能為何會(huì)受到抑制？ Munn實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)博士后發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞的代謝活性很高。這其實(shí)也算不上是什么新發(fā)現(xiàn)，但他們懷疑是不是因?yàn)榫奘杉?xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的消耗過大，導(dǎo)致T細(xì)胞出現(xiàn)營養(yǎng)缺乏，從而導(dǎo)致其功能受到抑制呢？ 為了驗(yàn)證這一猜想，這位不知疲倦的博后決定熬夜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每過一個(gè)小時(shí)向培養(yǎng)基添加一次這兩種細(xì)胞培養(yǎng)所需的營養(yǎng)物質(zhì)。而到了天亮的時(shí)候他發(fā)現(xiàn)，在營養(yǎng)充足的情況下T細(xì)胞的功能并沒有受到抑制。 這樣的話謎題似乎就快被解開了?，F(xiàn)在他們面臨的最關(guān)鍵的因素是，究竟是何種營養(yǎng)物質(zhì)限制了T細(xì)胞的功能？其實(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的方法并不是很困難，使用100% spent medium 培養(yǎng)T細(xì)胞，然后逐個(gè)添加營養(yǎng)物質(zhì)就可以了。 他們所列的營養(yǎng)物質(zhì)列表非常長，但試過了各種各樣的營養(yǎng)物質(zhì)之后都沒有結(jié)果。葉酸？鐵？谷氨酸？都不是。直到他們往培養(yǎng)基中添加了一滴色氨酸，奇跡就發(fā)生了，他們完全逆轉(zhuǎn)了T細(xì)胞的抑制狀態(tài)。 Munn的團(tuán)隊(duì)感到興奮不已，他們檢索文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞能夠通過IDO (吲哚胺2，3-二氧化酶)來消耗色氨酸。但I(xiàn)DO的具體功能卻沒有人知道，之前并沒有人仔細(xì)研究過IDO的功能。 但很明顯當(dāng)時(shí)人們對于色氨酸的功能了解的相對更多一些。色氨酸通路曾經(jīng)是制藥行業(yè)的研究熱點(diǎn)，因?yàn)樯彼崮茉谌梭w內(nèi)轉(zhuǎn)化生成血清素。影響血清素的藥物很多，比如百憂解就曾為制藥公司帶來巨額的利潤。因此化學(xué)家也曾合成過非常多的色氨酸衍生物。 Munn測試了其中一些色氨酸類似物的IDO抑制活性，他也順利的發(fā)現(xiàn)了有個(gè)能夠抑制IDO功能的小分子。接下來就該測試IDO抑制劑的體內(nèi)活性 (in vivo) 了，但究竟什么樣的小鼠動(dòng)物模型能夠讓他們方便的研究IDO的功能呢？ Munn的團(tuán)隊(duì)在討論的過程中，一個(gè)博后說IDO能夠從胎盤克隆得到，而胎盤又是獲得性外周耐受存在的很好的例子，何不基于胎兒/胎盤進(jìn)行研究呢？這確實(shí)是一個(gè)很好的提議。 于是Munn決定首先利用抗體來標(biāo)記胎盤中 IDO 的位置，而這也可能為 IDO的功能解析帶來更多的信息。隨后他們發(fā)現(xiàn) IDO 能夠在合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞 (syncytiotrophoblast) 中表達(dá)。 在接下來的實(shí)驗(yàn)中，Munn選取了移植小鼠模型，而移植的正是小鼠的胎兒 (pup)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的邏輯也很容易理解，因?yàn)橐粋€(gè)小鼠胎兒的突然出現(xiàn)理論上會(huì)引起免疫系統(tǒng)的攻擊從而導(dǎo)致流產(chǎn)，但如果IDO能夠抑制小鼠母親的T細(xì)胞，進(jìn)而抑制免疫系統(tǒng)的功能的話小鼠的胎兒就能夠被保留。如果使用IDO抑制劑抑制其功能，則有可能引發(fā)免疫反應(yīng)導(dǎo)致流產(chǎn)。該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也與預(yù)期一致，他們之后也將實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)發(fā)表在了Science上（DOI: 10.1126 / science. 281. 5380. 1191）。 雖然該文章是在1998年發(fā)表的，但是直到幾年以后人們才意識到 IDO 在腫瘤免疫中的重要性。那么在這些年里，IDO究竟掀起了怎樣的波瀾? 欲知后事如何，且聽下回分解。 Jerry專欄 |
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