閒談 Immunology ，作者挑食的喵
閒談 Immunology.
新簡評：腫瘤抗原是腫瘤診斷和靶向治療的基礎。
本文總結了11類腫瘤抗原的產生及特點，希望能夠對靶點研究、精準診斷、免疫治療等提供幫助。
1.癌症種系抗原（CGAs）
癌症種系抗原（Cancer germline antigens，CGAs），也稱癌症-睪丸抗原，來源於胎兒發育過程中表達的基因。這些基因在大多數健康成人組織中被表觀遺傳學沉默（除了生殖細胞和胎盤滋養細胞）。
然而，它們透過DNA去甲基化可以在多種腫瘤中表達，並可以產生被T細胞識別的肽片段。如NYESO-1和MAGE-A蛋白，由X染色體編碼，並在幾種型別的癌症中表達。
種系抗原免疫應答（Vaccines 2021, 9, 85.）
人們已經多次嘗試透過用CGA疫苗治療癌症。然而，儘管在血液中產生了高頻率的反應性T細胞，但未能實現腫瘤消退，也未能預防手術切除腫瘤患者的癌症復發（NCT00796445 A Phase III Study to Test the Benefit of a New Kind of Anti-cancer Treatment in Patients With Melanoma, After Surgical Removal of Their Tumor）。
使用親和力增強和MHCI類限制TCR的自體淋巴細胞靶向NY-ESO-1，在超過50%的NYESO-1陽性轉移性黑色素瘤和滑膜細胞肉瘤患者，觀察到客觀的、短暫的反應，對正常組織沒有毒性。
靶向MAGE-A3的T細胞療法，出現了對大腦MAGE-A12和心臟肌動蛋白的交叉反應。所以CGA雖然是腫瘤特異性的，但還是會在特定情況下出現脫靶毒性。
2.人內源性逆轉錄病毒(HERVs)抗原
人類內源性逆轉錄病毒(Human endogenous retroviruses，HERVs)是古代逆轉錄病毒整合事件的殘餘，位於整個人類基因組，約佔基因組DNA的8.5%，但其中只有一小部分包含可以成功翻譯的完整序列。正常組織中在表觀遺傳學上被沉默（透過DNA甲基化）。
與CGAs類似，HERVs可以透過DNA去甲基化在腫瘤中表達，並可以產生多肽，並被患者自身的T細胞識別。除了自身具有免疫原性外，HERV還可能導致雙鏈RNA的形成，從而觸發類似於病毒感染的細胞免疫反應，這種現象被稱為病毒模仿。
hERV啟用免疫系統（J. Clin. Invest. 128, 4804–4820.）
一些研究表明，HERV可能有助於介導免疫治療後的腫瘤消退。一名轉移性腎細胞癌(RCC)患者在造血幹細胞移植後腫瘤完全消退，發現迴圈供體T細胞能夠識別HERV-E衍生肽。此外，在免疫檢查點抑制劑治療的轉移性RCC患者中，應答患者的hERV的表達明顯高於無應答者。
雖然癌症細胞表達，但是正常組織中也表達HERV，所以只有有限的幾項相關臨床研究 (NCT03354390，HERV-E TCR Transduced Autologous T Cells in People With Metastatic Clear Cell Renal Cell Carcinoma)
3.組織分化抗原（TDAs）
編碼組織分化抗原(tissue differentiation antigens，TDAs)的基因，表達僅限於腫瘤和腫瘤來源的組織。例如，MART-1和gp100，首次發現都是在黑色素瘤，但後來被發現在面板、內耳和眼睛的正常黑色素細胞也有表達。
許多臨床研究試圖用基於TDA的疫苗治療癌症患者，但在絕大多數病例中未能提供有意義的臨床受益。sipuleucel-T（針對前列腺酸性磷酸酶，一種前列腺TDAs）是其中結果最好的，導致無症狀總生存期適度延長，獲得FDA批准。然而，由於沒有客觀的腫瘤消退，甚至沒有特定的腫瘤標誌物的顯著減少，因而這種療法未被廣泛使用。
sipuleucel-T（Future Oncol. (2018) 14(10), 907–917）
靶向TDAs的細胞治療，有影響正常組織的顯著毒性風險。例如，在一項對36例轉移性黑色素瘤患者的研究中，用高親和力TCR靶向MART-1和gp100，分別導致30%和19%的患者的癌症消退。然而，它也會導致正常黑色素細胞的破壞，從而導致白癜風和嚴重的眼部和聽覺症狀，需要使用高劑量的區域性類固醇治療。
4.過表達腫瘤抗原
這些抗原是正常基因的產物，在正常組織中表達，並在某些型別的癌症中過表達；例如，卵巢癌和乳腺癌中的HER2和癌胚抗原(CEA)。此類抗原缺乏腫瘤特異性。HER2的開發以抗體藥物為主（單抗、雙抗、ADC藥物）。
HER2藥物開發（Cancers 2020, 12, 1573）
過繼細胞轉移療法，會產生明顯的off tumor的毒性。例如，在一項涉及3例結直腸癌患者的研究中，對CEA具有高親和力TCR-T細胞導致了1例患者的客觀癌症消退，但在所有3例病例中都導致了正常結腸黏膜嚴重的不可逆破壞。
5.錯義單核苷酸變異（mSNVs）新生抗原
錯義單核苷酸變異（mSNVs）是不同型別實體腫瘤的主要突變形式，可導致細胞蛋白在其序列中存在單一氨基酸變異，如果這種變異使得多肽獲得與MHC分子結合的特性，則這些蛋白可能獲得了免疫原性，可以被TCR識別。
免疫原性mSNV只代表所有癌症突變的一小部分,可以在大多數不同型別的癌症患者中檢測到，包括那些總體突變負荷較低的患者（如大多數胃腸道腫瘤）。MUM1、CDK4和CTNNB1是最早透過從cDNA篩選的方法從轉移性黑色素瘤患者發現的mSNV驅動的腫瘤新生抗原。
一名錯配修復熟練的轉移性結腸癌患者接受了自體TIL產品的治療，該產品包含約75%的CD8+細胞，識別來自KRAS基因熱點(G12D)突變的新生抗原。這導致了所有轉移性肺病變開始消退。其中一個在9個月後進展，隨後被切除，使患者無疾病生存。
靶向mSNV來源的新生抗原T細胞，可以介導持久的腫瘤消退，而不會對正常組織造成任何毒性。然而，需要注意的是，大多數接受治療的患者（尤其胃腸道癌症患者），仍然對這種治療沒有反應。
6.插入和刪除突變(INDELs)新生抗原
根據受影響的鹼基對數量，核苷酸插入和缺失(insertion and deletions ，INDELs)可能導致蛋白質形成一個或多個氨基酸的獲得或丟失(非移碼INDELs)。或者，它們可能會產生具有移碼序列的蛋白質，這些序列通常由於過早的終止密碼子(移碼INDELs[fsINDELs])而被截斷。
一些研究表明INDEL衍生的肽可以具有免疫原性。例如，TGFBRII是一種移碼缺失，在結直腸癌中經常失活，產生被CD8+和CD4+細胞識別的多肽。此外，一名轉移性黑色素瘤患者對TILs治療，產生完全緩解，分析顯示，存在一個CD8+T細胞克隆，識別了腫瘤抑制因子CDKN2A移碼缺失的產物。
總的來說，INDEL在癌症中的發病率低於mSNV，在所有非同義突變中佔比約為5%，RCC例外，約為12%。據預測，fsINDELs產生的高親和力MHC結合物數量至少是mSNVs的三倍。
Lancet Oncol. 2017.18, 1009–1021.
7.基因融合新生抗原
基因融合可以透過大規模的基因組重排（如染色體易位、缺失或染色體倒置）而產生，它可能產生癌症特有的融合蛋白，可以被患者的T細胞識別，比如慢性粒細胞白血病患者9和22號染色體易位導致的融合蛋白BCR-ABL，滑膜細胞肉瘤患者的症狀X：18易位引起的SYT-SSX1融合，頭頸部癌症DEK-AFF2基因融合的肽，腺樣囊性癌(ACC) MYBNFIB基因融合。
不同型別實體腫瘤的總體基因融合負荷明顯低於總SNV負荷，但預計基因融合會產生更多的潛在新抗原。但是有研究顯示，融合新抗原負荷不能預測對轉移性黑色素瘤患者使用ICIs的獲益之間的相關性。
iScience 21, 249–260.
透過免疫治療靶向融合新抗原的嘗試僅限於一些基於疫苗的方法，但是缺乏積極的臨床結果。雖然絕大多數的基因融合是遺傳不穩定的副產品，沒有已知的功能，但也有一些產生的融合蛋白在患者之間共享，作為致癌基因發揮作用，是有價值的免疫治療靶點。包括甲狀腺癌中的CCDC6-RET和前列腺癌中的TMPRSS2-ERG，或FGFR3-TACC3，佔各類癌症患者的1%-2%。
8.病毒癌蛋白抗原
實體癌症一部分是病毒感染的結果，其中病毒基因整合到細胞基因組中，導致具有致癌特性的病毒蛋白表達。例如，E6和E7癌蛋白的表達是人類乳頭瘤病毒(HPV病毒)感染，驅動頭頸部、宮頸癌和肛門癌的進化。同時，從這些“外來”蛋白質中提取的多肽可以被患者的T細胞識別。默克爾細胞多瘤病毒(MCPyV)感染引起的默克爾細胞癌， EBV感染引起的鼻咽癌。一般來說，由於病毒抗原與正常細胞蛋白顯著不同，因此能夠引起高親和力的TCR反應。
一些細胞治療和疫苗的臨床試驗在開展，並且產生了包括腫瘤消退在內的反應，並且對於正常組織沒有明顯毒性，所以對於腫瘤治療是有吸引力的靶點。
NCT02858310 E7 TCR T Cells for Human Papillomavirus-Associated Cancers，Phase1/2 National Cancer Institute (NCI)
NCT02280811 T Cell Receptor Immunotherapy Targeting HPV-16 E6 for HPV-Associated Cancers,Phase1/2 National Cancer Institute (NCI)
NCT04432597 HPV Vaccine PRGN-2009 Alone or in Combination With Anti-PDL1/TGF-Beta Trap (M7824) in Subjects With HPV Associated Cancers,Phase1/2 National Cancer Institute
NCT00257738 0804 GCC: MAGE-A3/HPV 16 Vaccine for Squamous Cell Carcinoma of the Head and Neck,Phase1 University of Maryland
NCT01585428 Immunotherapy Using Tumor Infiltrating Lymphocytes for Patients With Metastatic Human Papillomavirus-Associated Cancers Phase 2，Steven Rosenberg, M.D., National Cancer Institute (NCI)
9.異常mRNA剪接相關腫瘤抗原
腫瘤中異常的mRNA剪接可導致內含子的保留。隨後，保留內含子序列可以被翻譯，併產生多肽，與MHC分子結合，並被T細胞識別。
利用cDNA文庫篩選方法，已經鑑定出了幾種這樣的內含子抗原，包括黑色素瘤中MUM-1基因的外顯子-內含子連線編碼多肽。在這裡，內含子保留本身並不是腫瘤特異性的，但內含子包含一個腫瘤特異性突變，使其成為真正的新生抗原。在另一個來自黑色素瘤患者的例子中，T細胞識別出了一種由gp100基因中保留內含子編碼多肽。然而，該內含子沒有發生突變，並在正常的黑色素細胞中發現了相似的表達水平。保留內含子增加了新生腫瘤抗原的檢測數量，但是否能夠成為腫瘤特異性的新生抗原，需要進行大量的比較研究。有研究顯示，同SNVs相比，保留內含子的突變與臨床獲益相關性不大。
腫瘤中異常的RNA剪接也可能導致新的外顯子-外顯子連線(EEJs)的形成，這可能導致免疫原性蛋白/肽。在一項比較腫瘤WES和RNA測序資料的研究中，一部分新的EEJs僅在癌細胞中檢測到，而在相應的正常組織中沒有檢測到，一些EEJs在不同型別的癌症中反覆檢測到。
Cancer Cell 34, 211–224.e6.
10.異常RNA翻譯衍生腫瘤抗原
這些抗原也被稱為隱藏抗原，要麼透過替代開放閱讀框(aORF)翻譯的蛋白質，要麼透過原本推測為非編碼序列翻譯而來。
Nat. Commun. 2016. 7, 10238.
與其他非常規抗原一樣，隱藏抗原既可以是腫瘤相關的，也可以是腫瘤特異性的。第一個被鑑定的是gp75基因aORF中編碼的多肽。該基因被發現在兩個重疊的ORF中被翻譯，從而形成兩個完全不同的蛋白質。這些蛋白中只有一種產生了免疫原性肽，被TILs識別，介導轉移性黑色素瘤患者的客觀腫瘤消退。
11.翻譯後修飾衍生腫瘤抗原
細胞蛋白或多肽的翻譯後修飾是產生腫瘤抗原的另外一個途徑，包括一類融合肽（由蛋白酶體剪接兩個單獨的肽片段），來自相同的蛋白質（順式剪接）或來自不同的蛋白質（反式剪接）。第一個被鑑定的抗原是透過連線兩個肽片段(一個5-和一個4-mer)獲得的肽，這些片段在FGF5編碼的親本蛋白中被40個氨基酸分割，隨後發現了其他蛋白質中剪接的免疫原性肽，包括gp100、SP110和酪氨酸酶。
Sci. Immunol. 2018. 3, eaar3947.
另一類翻譯後修飾的腫瘤抗原包括經歷酶促氨基酸修飾的蛋白質，如磷酸化、乙醯化、瓜氨酸化、糖基化或脫醯胺化，可以被患者的免疫細胞識別。
酶修飾的腫瘤抗原最豐富的是磷酸化蛋白，是癌症中激酶介導的訊號通路失調的結果，已經成功地從癌症組織和癌細胞系的表面MHC分子中洗脫獲得。他們可以被迴圈CD4+T細胞識別，是免疫治療的有吸引力的靶點。
