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免疫抑制 David Munn大概不會想到，他幾十年前所做的工作，竟會在腫瘤免疫療法領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)學院攻讀醫(yī)學博士，畢業(yè)之后沒多久之后他就找到了自己職業(yè)生涯的關注點：兒童癌癥。 兒科的癌癥在上世紀五六十年代幾乎無法治愈，患有這些癌癥的孩子相當于已經被判了死刑。但隨著化療藥物的出現(xiàn)及其應用越來越成熟，到Munn畢業(yè)的八十年代已經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。很多病人在接受化療之后會出現(xiàn)明顯的毒性反應，有的副反應會在停藥很長時間之后才出現(xiàn)，而且有證據(jù)顯示化療藥物會影響兒童的認知能力，從而為他們未來的學業(yè)以及生活帶來很多的不便。 如果有其他選擇的話，化療大概不會是一個很好的選擇。但盡管如此，當時的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在紐約的紀念斯隆凱特琳癌癥中心工作的時候，他第一次接觸到了腫瘤免疫。但當時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。 上世紀八十年代，Munn所在的醫(yī)院就已經開始對兒童進行骨髓移植手術。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，因為化療藥物不僅能夠殺滅癌細胞，也有可能同時摧毀病人的免疫系統(tǒng)，從而引發(fā)致命的感染。所以當時進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)。從這個角度來講骨髓移植確實算不上是免疫療法。 而且當時為了避免出現(xiàn)移植物抗宿主反應，在進行骨髓移植之前需要去除其中的T細胞，以確保得到純度比較高的干細胞。由于當時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細胞的數(shù)量降低到原來的千分之一的話，確實可以消除免疫排斥反應。 但當積累的骨髓移植數(shù)據(jù)越來越多之后，研究人員卻發(fā)現(xiàn)，其實存在程度較輕的免疫排斥反應對患者來說其實并不是壞事，因為移植物不僅能夠攻擊宿主的正常細胞，同時也能夠殺滅癌細胞。所以當時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，其實很大程度上應該歸功于這些免疫反應的存在。 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論非常重要，但是卻無法解釋移植物抗宿主反應殺滅癌細胞的詳細機制，畢竟當時的免疫學研究仍然存在著大量的空白。 但有一個關鍵性的因素其實很明顯，那就是T細胞的存在。T細胞對移植物抗宿主反應的形成至關重要，而移植物抗宿主反應似乎又是這些病人病情緩解的重要原因之一，到底T細胞是通過何種神奇的方式介導這一反應的呢？ T細胞確實令當時的Munn非常著迷，因為他知道T細胞能夠控制病毒感染，病毒通常只有很少的基因，但這十幾二十個基因就足以活化人的免疫系統(tǒng)，誘導人免疫系統(tǒng)識別并清除被病毒感染的細胞。而癌細胞內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？ 這確實是個很有意思的問題，而且當時腫瘤免疫學領域的科研人員也有著同樣的思考。其實當時已經有很多的科研人員在進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。當時解釋免疫系統(tǒng)無法對抗腫瘤的主流觀點是，人體的免疫系統(tǒng)并不能夠識別腫瘤細胞，然而Rosenberg 卻發(fā)現(xiàn)很多黑色素瘤患者能夠對IL-2產生明顯應答 (見：從魏則西到Emily Whitehead，看腫瘤免疫細胞療法的巨大突破)，甚至能夠治愈一部分病人。這其實也就否定了之前的觀點，人體自身的免疫系統(tǒng)確實能夠識別并殺滅腫瘤細胞。 但最關鍵的問題是，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？ 實際上當時已經有一些研究發(fā)現(xiàn)人體內確實存在免疫抑制，其實我們可以找到一個非常好的例子來證明這種機制的存在，那就是胎兒在子宮內的發(fā)育過程，因為胎兒在發(fā)育的過程中并不會受到免疫系統(tǒng)的猛烈攻擊。 生長在子宮內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物應該被識別為外來物。 但事實上免疫系統(tǒng)并沒有對這些所謂的外來物發(fā)起攻擊。當時一些科學家推測可能的原因是胎兒不存在抗原遞呈。但Munn在實驗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 任職的時候，他和他的導師 Nai-Kong Cheung 一直試圖共同培養(yǎng)T細胞以及巨噬細胞這兩種免疫細胞。這項工作的目的其實很簡單，就是為了觀察能夠吞噬腫瘤細胞的巨噬細胞是否能夠活化T細胞。這個過程其實也正是我們現(xiàn)在所熟知的抗原遞呈，巨噬細胞在吞噬腫瘤細胞之后會將分解的蛋白片段遞呈給殺傷T細胞。 當時人們對這些類型的免疫細胞的功能并不十分了解，并不知道巨噬細胞并不是典型的抗原遞呈細胞，使用樹突狀細胞來進行這項實驗更合適。因此現(xiàn)在看來實驗失敗也是情理之中的事情。 對基礎科研領域不熟悉的人常常會好奇科研的快感從何而來，大概 Munn 的這項研究能夠很好的回答這一問題。該項實驗雖然沒有達到預期的目的，但他們卻有了意外的發(fā)現(xiàn)。當他們將巨噬細胞與T細胞放在一起時，他們發(fā)現(xiàn)T細胞并不能被活化，而是受到功能抑制。 我覺得任何一個對科研抱有熱情的人面對這樣的結果都會夜不能寐，寢食難安。所以，到底T細胞的功能為何會受到抑制？ Munn實驗室的一個博士后發(fā)現(xiàn)巨噬細胞的代謝活性很高。這其實也算不上是什么新發(fā)現(xiàn)，但他們懷疑是不是因為巨噬細胞對營養(yǎng)物質的消耗過大，導致T細胞出現(xiàn)營養(yǎng)缺乏，從而導致其功能受到抑制呢？ 為了驗證這一猜想，這位不知疲倦的博后決定熬夜進行實驗，每過一個小時向培養(yǎng)基添加一次這兩種細胞培養(yǎng)所需的營養(yǎng)物質。而到了天亮的時候他發(fā)現(xiàn)，在營養(yǎng)充足的情況下T細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)在他們面臨的最關鍵的因素是，究竟是何種營養(yǎng)物質限制了T細胞的功能？其實這個實驗的方法并不是很困難，使用100% spent medium 培養(yǎng)T細胞，然后逐個添加營養(yǎng)物質就可以了。 他們所列的營養(yǎng)物質列表非常長，但試過了各種各樣的營養(yǎng)物質之后都沒有結果。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，他們完全逆轉了T細胞的抑制狀態(tài)。 Munn的團隊感到興奮不已，他們檢索文獻發(fā)現(xiàn)巨噬細胞能夠通過IDO (吲哚胺2，3-二氧化酶)來消耗色氨酸。但IDO的具體功能卻沒有人知道，之前并沒有人仔細研究過IDO的功能。 但很明顯當時人們對于色氨酸的功能了解的相對更多一些。色氨酸通路曾經是制藥行業(yè)的研究熱點，因為色氨酸能在人體內轉化生成血清素。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抑制劑的體內活性 (in vivo) 了，但究竟什么樣的小鼠動物模型能夠讓他們方便的研究IDO的功能呢？ Munn的團隊在討論的過程中，一個博后說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/胎盤進行研究呢？這確實是一個很好的提議。 于是Munn決定首先利用抗體來標記胎盤中 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)層細胞 (syncytiotrophoblast) 中表達。 在接下來的實驗中，Munn選取了移植小鼠模型，而移植的正是小鼠的胎兒 (pup)。這個實驗的邏輯也很容易理解，因為一個小鼠胎兒的突然出現(xiàn)理論上會引起免疫系統(tǒng)的攻擊從而導致流產，但如果IDO能夠抑制小鼠母親的T細胞，進而抑制免疫系統(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)免疫反應導致流產。該實驗的結果也與預期一致，他們之后也將實驗的數(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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