十一國慶，世人矚目的2018諾貝爾獎揭開了面紗：諾貝爾醫(yī)學(xué)獎授予發(fā)現(xiàn)CTLA4的美國科學(xué)家James Allison（詹姆斯·艾利森）和發(fā)現(xiàn)PD1的日本科學(xué)家Tasuku Honjo（本庶佑）。
關(guān)心華哥抗癌科普文章的讀者們，早就知道腫瘤免疫療法已經(jīng)熱門了多年，其中的檢查點抑制劑免疫療法，更是風(fēng)行全世界，其理論基礎(chǔ)，正是CTLA4和PD1。
每年諾獎揭謎后，都會引發(fā)無數(shù)質(zhì)疑，今年也不例外，生物醫(yī)學(xué)獎授予CTLA4和PD1，相信質(zhì)疑的人不多，能治療癌癥并且在這么多種類的腫瘤中有效，簡直廣譜抗癌。
質(zhì)疑的是，為什么是這兩個人獲獎？要知道，研究PD1的科學(xué)家，那是千軍萬馬一堆人啊，做出重磅貢獻的遠不止這兩人，比如華人科學(xué)家陳列平和王常玉等人。
兩位獲獎?wù)?，接受采訪時都說，當(dāng)年只是想要研究免疫細胞，本庶佑更是直言從未想過這個機理可以用來抗癌。在其它科學(xué)家、制藥工業(yè)、和藥監(jiān)部門的努力下，這些開創(chuàng)性工作以創(chuàng)紀(jì)錄速度，轉(zhuǎn)化為多種晚期腫瘤的治療。
也就是說，美日兩科學(xué)家，只是對免疫T細胞感興趣，加以研究，但陳列平等別的科學(xué)家，推動和轉(zhuǎn)化了其應(yīng)用，正因為檢查點藥物是制藥史上第一次大規(guī)模有效控制晚期轉(zhuǎn)移實體瘤，反過頭來，令檢查點調(diào)控的研究顯得更加重要。
艾利森和本庶佑二人的研究工作，是腫瘤免疫研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)工作，最終引出了PD-1/CTLA-4抑制劑等免疫藥物的產(chǎn)生。
艾利森的主要貢獻，是首次在動物模型上證明了抑制CTLA-4能控制腫瘤生長，推動了CTLA-4抗體的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、并最終促成了CTLA-4抑制劑Yervoy成為第一個上市的新型免疫藥物。
本庶佑的貢獻，是發(fā)現(xiàn)了免疫系統(tǒng)的PD1信號通路，開啟了一個全新的研究領(lǐng)域。本身是免疫學(xué)家，但并沒有在腫瘤免疫領(lǐng)域有太多貢獻。但由于諾獎給的是開創(chuàng)性工作，而這個信號通路，后來被其他科學(xué)家證明對腫瘤免疫極其重要，因此他得了諾獎。
腫瘤免疫治療，是劃時代的革命，很多科學(xué)家都在這個領(lǐng)域做出了杰出貢獻，陳列平教授在這領(lǐng)域做出了非常杰出而且持續(xù)的貢獻，這次未獲獎是遺憾。沒有基礎(chǔ)理論，就很難有應(yīng)用轉(zhuǎn)化，而如果沒有后續(xù)的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)尤其是臨床醫(yī)學(xué)的對應(yīng)免疫藥物的出現(xiàn)，PD1和CTLA4信號通路的研究不可能被證明如此重要而獲獎。
憤憤不平的背后，是開創(chuàng)性研究全憑科學(xué)家的興趣，能否將研究轉(zhuǎn)化為實用產(chǎn)品，也很關(guān)鍵，但諾獎只授予前者，而前者的重要性，卻要后者的成功來驗證或否定?；A(chǔ)研究的前景往往具有不可預(yù)測性。
檢查點調(diào)控機制，最早就是為了深入了解T細胞功能，最早開發(fā)也不是為了抗癌，而是準(zhǔn)備作為抗病毒藥物，尤其是當(dāng)時威脅較大的艾滋病。
找到合適抗體后的抗癌評價結(jié)果并不理想，CTLA4抗體雖然效果略好但和傳統(tǒng)的細胞毒和當(dāng)時主流的激酶抑制劑比要差不少，PD1抗體就更弱。但在臨床上二者療效反過來了，現(xiàn)在PD1比CTLA4用途廣泛得多。
與化療放療手術(shù)等傳統(tǒng)治癌相比，免疫治療之所以具有革命性，原因主要在于：
第一，免疫療法能治療已經(jīng)廣泛轉(zhuǎn)移的晚期癌癥。部分標(biāo)準(zhǔn)療法全部失敗的晚期癌癥患者，使用免疫治療后，依然取得了很好的效果。
第二，免疫療法有“生存拖尾效應(yīng)”。響應(yīng)免疫療法的患者，有很大機會高質(zhì)量長期存活，這批曾經(jīng)被判死刑的晚期癌癥患者，被稱為超級幸存者！在黑色素瘤，肺癌，腎癌等患者中，免疫療法都制造出了一批超級幸存者，最初接受治療的一批患者，很多已經(jīng)存活了10年以上！這種拖尾效應(yīng)是免疫藥物 與化療或靶向藥物最大的區(qū)別。
第三，免疫療法是廣譜型的，可以治療很多種不同的癌癥，異癌同治成為了現(xiàn)實。
免疫細胞保護著人體，正常情況下，免疫細胞能識別和消滅癌細胞。癌癥的發(fā)生，說明免疫細胞或者識別或者消滅兩大監(jiān)管作用失靈了。
免疫療法，就是要修復(fù)這些缺陷，幫助免疫細胞識別癌細胞，或者幫助免疫細胞消滅癌細胞。CAR-T免疫細胞療法，主要是幫助識別癌細胞，而免疫檢查點抑制劑，則主要是幫助消滅癌細胞。
但如果完全不加檢測和挑選（比如PD-L1蛋白檢測和TMB檢測），在絕大多數(shù)實體瘤患者中，單獨使用PD1抑制劑的有效率其實并不高：通常在10%-25%左右。如何提高免疫療法有效率，是下一步研究的重中之中。
需要記住的是：PD1抑制劑在多種晚期腫瘤中，顯示一定應(yīng)答后，業(yè)界才一擁而上，至于檢查點抑制劑最寶貴的性質(zhì)、即持久應(yīng)答是更后來才顯現(xiàn)出來的，這根本無法從基礎(chǔ)研究預(yù)測、到現(xiàn)在其中奧秘都不是十分清楚。
陳列平未獲諾獎引起的爭議：
1、1990年代初，陳列平提出腫瘤微環(huán)境存在特異性的免疫逃逸關(guān)鍵分子的假說。
2、1990～1991年，BMS 科學(xué)家Peter Linsley發(fā)現(xiàn)B7配體、CD28和CTLA-4受體的相互作用。(PNAS, 1990; JEM,1991)
3、1992年，陳列平第一次將B7共刺激分子引入到腫瘤領(lǐng)域，驗證了共刺激分子在腫瘤免疫領(lǐng)域的巨大潛力。(Cell,1992)
4、1992年，日本科學(xué)家Tasuku Honjo（本庶佑）克隆了PD-1分子，并一直認(rèn)為這是一個參與B細胞調(diào)節(jié)，跟凋亡相關(guān)的分子。本庶佑教授的研究興趣一 直在于自身免疫領(lǐng)域，所以他在PD-1分子的工作，多年來一直局限在B細胞以及自身免疫方面。
5、1997年，陳列平發(fā)現(xiàn)4-1BB抗體活化T細胞從而介導(dǎo)超強的抗腫瘤功能，使這一途徑成為腫瘤免疫研究的熱點。(Nature Medicine, 1997)
6、1999年，陳列平首次克隆并鑒定了人類B7-H1的T細胞調(diào)節(jié)功能(Nature Medicine, 1999) ，在后面的幾年內(nèi)，又陸續(xù)鑒定了B7-H2,B7-H3,B7-H4等免疫調(diào)節(jié)分子。
7、1999年，Honjo教授發(fā)現(xiàn)PD-1敲除小鼠具有多器官的輕微自身免疫癥狀，這一工作清楚闡述了PD-1基因的免疫抑制功能，并揭示有可能參與自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展。(Immunity, 1999)
8、2000年，Gordon Freeman在陳列平發(fā)現(xiàn)B7-H1之后，證明了B7-H1/PD-1的相互作用，并將這一分子改名為PD-L1。(JEM, 2000)
9、2002年，陳列平首次證明了B7-H1(PD-L1)途徑作為腫瘤免疫逃逸的可能機制。B7-H1在多種人類腫瘤組織而非正常組織中高表達，并且其表達主要由干擾素來調(diào)節(jié)。重要的是，用抗體在體外或體內(nèi)阻斷該途徑均可以恢復(fù)T細胞的免疫功能來攻擊腫瘤。(Nature Medicine,2002)
10、2004年，陳列平發(fā)現(xiàn)B7-H1(PD-L1) 敲除小鼠并沒有明顯的自身免疫表型，只是在肝臟有一定的免疫活化，這一工作進一步驗證了B7-H1作為免疫負調(diào)分子的作用，并且驗證了這一途徑作為藥物靶點的安全性。(Immunity,2004)
11、2005年，陳列平發(fā)現(xiàn)抗體阻斷B7-H1(PD-L1)或者PD-1途徑均可以提高抗腫瘤免疫反應(yīng)。(Cancer Research, 2005)
12、2005年，Rafi Ahmed 通過LCMV慢性病毒感染模型驗證了PD-L1/PD-1途徑介導(dǎo)T細胞功能衰竭(exhaustion)的機制。不過這一慢性病毒感染模型和腫瘤有一定區(qū)別，所以這一發(fā)現(xiàn)在腫瘤領(lǐng)域的涵義此后爭議不斷。(Natue,2005)
13、2006年，陳列平、Suzanne Topalian等開始在約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)院倡導(dǎo)開展anti-PD-1抗體的首次臨床試驗。
14、2012年，約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)院，耶魯大學(xué)紐黑文醫(yī)院等研究機構(gòu)開展anti-PD-1抗體首次臨床試驗結(jié)果發(fā)表。(NEJM,2012)
15、陳列平研究組很早就開發(fā)出PD-L1的腫瘤染色方法，于2012年首次發(fā)表PD-L1腫瘤陽性率可以反映anti-PD1/PD-L1抗體臨床效果的結(jié)果;并完善了PD-L1/PD-1途徑的腫瘤免疫調(diào)節(jié)機制：介導(dǎo)腫瘤局部的獲得性免疫逃逸 (adaptive resistance mechanism of immune escape in the tumor site)。(Science translational medicine, 2012)
16、2013年，腫瘤免疫治療被Science評為當(dāng)年的科學(xué)突破之首。
17、2014年，PD1抗體獲得FDA批準(zhǔn)用于腫瘤臨床治療。
可見，華人陳列平對PD1的貢獻是很早且很關(guān)鍵的。如果再細化兩位諾獎獲得者與陳列平研究的先后順序，則更有爭議：
1992年的日本，科學(xué)家本庶佑率先在實驗室的小鼠身上發(fā)現(xiàn)并鑒定了一個新的基因。那個時候，本庶佑認(rèn)為這個基因如果被激活，將會導(dǎo)致T細胞凋亡，因此把蛋白命名為PD1（Programmed Death-1）。
本庶佑在研究論文中，公布了小鼠PD-1蛋白的序列，隨后的1994年，他又找到了人類PD-1基因和蛋白，并在1999年首先提出PD-1是免疫系統(tǒng)剎車。
但很可惜，這些基礎(chǔ)研究當(dāng)時并未引起學(xué)界太多重視，更沒有和抗癌扯上關(guān)系。一個重要原因，是本庶佑并不研究癌癥免疫，而是專注免疫細胞發(fā)育和功能的基礎(chǔ)科學(xué)家。
很快，美國科學(xué)家就加入了這個領(lǐng)域。2000年，哈佛大學(xué)丹娜法伯癌癥研究院（Dana-FarberCancer Institute）的Gordon Freeman和本庶佑合作發(fā)表了重要文章，闡述了PD-1/PD-L1信號通路對人體T細胞的調(diào)控作用。在這篇文章中，他們首次證明了 PD-L1能通過結(jié)合T細胞上的PD-1，抑制免疫細胞的活性。
著名的美國華裔科學(xué)家陳列平教授，一方面，通過生物信息學(xué)方法，也找到了PD-L1，并于1999年12月首先發(fā)表論文，公布了PD-L1的基因及蛋白序列，這比Freeman早了10個月。（但Freeman的相關(guān)專利比陳列平早了3個月）
另一方面，也是個人認(rèn)為陳列平教授最大的貢獻，是2002年發(fā)表了一篇標(biāo)桿性的科研文章，里面指出很多腫瘤細胞都可以通過表達PD-L1實現(xiàn)免疫逃逸。陳列平團隊在論文的摘要中富有前瞻性地寫道：“這些發(fā)現(xiàn)可能帶來基于T細胞的癌癥免疫療法。”
這是一個革命性的發(fā)現(xiàn)和論斷，為后來開發(fā)PD-1/PD-L1抑制劑用于癌癥治療提供了重要理論依據(jù)。
不僅如此，陳列平教授在隨后的十多年，持續(xù)不斷地在抗癌免疫領(lǐng)域做出了大量原創(chuàng)的高質(zhì)量研究，推動了我們對癌癥和免疫系統(tǒng)之間關(guān)系的理解。
王常玉未獲諾獎引發(fā)的打抱不平：
隨后工業(yè)界加入，PD1的抑制劑被開發(fā)出來，最早干這事兒的公司之一，是美國的Medarex。2001年初，王常玉作為研發(fā)科學(xué)家加入Medarex公司。他是一位抗體藥物研究專家，在以前公司就開發(fā)過抗體藥物，經(jīng)驗豐富。
王常玉團隊從最基礎(chǔ)的PD-1，PD-L1基因分子克隆，蛋白表達開始，成功從小鼠脾臟里分離到了生產(chǎn)PD-1抗體的B細胞，再通過融合B細胞和骨髓瘤細胞，就得到了能長期穩(wěn)定產(chǎn)生上述抗體的雜交瘤細胞株，這是生產(chǎn)抗體藥物的主流方法之一。
但這個從老鼠體內(nèi)來的天然抗體雖然能抑制PD-1，但卻不能被當(dāng)成藥物使用，為啥呢？因為這個抗體非常不穩(wěn)定。如果用在人體的話，肯定還沒來得及發(fā)揮作用就掛了。
為了解決這個問題，Medarex的科學(xué)家對抗體進行了幾個大改造，比如將PD-1抗體的一部分與免疫球蛋白G4（IgG4）的一部分結(jié)合，同時將一個氨基酸，從絲氨酸變成脯氨酸?？茖W(xué)家成功解決了天然抗體在體內(nèi)的不穩(wěn)定性問題，得到了一個全新的抗體藥物：MDX1106，就是Nivolumab，也就是大名鼎鼎的O藥！
王常玉博士是Nivolumab毫無爭議的第一發(fā)明人。
2006年8月，Medarex的PD-1抗體Nivolumab獲得美國FDA批準(zhǔn)進入臨床I期試驗，首批計劃入組39名癌癥復(fù)發(fā)的病人。
但結(jié)果一開始看起來并不驚艷。無論是無進展生存期，還是客觀響應(yīng)率，免疫藥物似乎都并不比傳統(tǒng)藥物好太多。
在這種情況下，很多人對PD-1抑制劑這種免疫療法的價值產(chǎn)生了質(zhì)疑，認(rèn)為它和99%以前嘗試過的抗癌藥一樣，是沒有臨床價值的。
就連Medarex公司管理層也動搖了，這直接導(dǎo)致2009年百時美施貴寶（BMS）以24億美元的總價收購了Medarex，獲得了包括Nivolumab在內(nèi)的多個藥物。
回頭看，當(dāng)年臨床試驗結(jié)果看起來不咋地，重要的原因是免疫藥物起效機理和臨床表現(xiàn)和以往針對癌細胞的藥物（化療或靶向藥物）都非常不同。無進展生存期和客觀響應(yīng)率并不是評價免疫藥物最好的方法。因為免疫藥物真正最大的優(yōu)勢，是藥效的持續(xù)性。一旦起效，病人的存活期會比較長，甚至有較大幾率實現(xiàn)臨床治愈。
Nivolumab的臨床試驗也是這樣，一開始看著不咋地，但隨著跟蹤時間延長，出現(xiàn)了令人驚奇的結(jié)果。2010年，公布了Nivolumab第一批患者的治療效果，參與臨床試驗的病人中，一位結(jié)直腸癌患者實現(xiàn)了完全緩解，一位黑色素瘤患者和一位腎癌患者實現(xiàn)了部分緩解，另有兩位黑色素瘤患者的腫瘤也得到了顯著縮小。要知道，這些都是最晚期，且耐藥的癌癥患者，以往想要存活很久，是不可能的事兒。
這個結(jié)果，猶如重磅炸彈，立刻引起了行業(yè)的重視。比如默沙東公司，驚喜地發(fā)現(xiàn)自己后院居然也有一個PD-1抗體藥。這個抗體藥來歷頗為曲折。最初，是先靈葆雅2007年收購荷蘭Organon公司時獲得，而2009年先靈葆雅公司并入默沙東，所以它成了默沙東的資產(chǎn)。這個曾被自己公司都遺忘的藥，就是現(xiàn)在的K藥。
Organon公司當(dāng)年開發(fā)PD-1抗體藥物，并不是為了治療癌癥，而是想作為自身免疫性疾病（如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎）的輔助用藥。隨著兩次收購帶來的重組和研發(fā)重心變遷，Organon的團隊已被告知應(yīng)該停止PD-1抗體的研發(fā)工作。但2010年BMS公布的臨床試驗結(jié)果改變了一切，默沙東意識到了PD-1抗體在癌癥治療上的巨大空間，隨即重啟了自己的PD-1抗體項目，并于2010年12月獲準(zhǔn)進入臨床試驗。
而BMS的PD-1抗體Nivolumab，也率先完成了多項標(biāo)志性的臨床試驗，并以商品名Opdivo的名字于2014年7月在日本獲得批準(zhǔn)，成為全球第一個被批準(zhǔn)的PD-1藥物。
后面，藥界一哄而上。
從本庶佑1992年發(fā)現(xiàn)PD-1蛋白，到2014年O藥上市，中間經(jīng)歷了22年，即使從2000年明確PD-1/PD-L1的功能算起，也經(jīng)歷了14年，藥物研發(fā)的艱巨，可見一斑。
沒有本庶佑等人發(fā)現(xiàn)PD-1的功能，O藥的誕生無從談起。PD1的發(fā)現(xiàn)要歸功于本庶佑等人，而本庶佑也很可能會因此獲得諾貝爾獎。但從Nivolumab的研發(fā)歷程可以看出，作為基礎(chǔ)科學(xué)家，本庶佑等人對這個藥的開發(fā)并無太多直接貢獻。他們可能在發(fā)現(xiàn)PD-1/PD-L1的功能之后的好幾年都沒意識到PD-1/PD-L1對癌癥治療會有突破性的作用。
如果沒有Medarex團隊獨具慧眼研發(fā)PD-1抗體用于癌癥治療，本庶佑這一成果或許至今都還被淹沒在故紙堆里。一個藥物從實驗室走向市場，后續(xù)開發(fā)絲毫不比前期科研的難度低。
基礎(chǔ)科研，轉(zhuǎn)化科研，臨床科研，三者缺一不可！
02 定向演化獲2018年諾貝爾化學(xué)獎
2018年諾貝爾化學(xué)獎，一半將授予CalTech的Frances Arnold教授，獲獎工作是酶的定向演化。她的工作為非天然酶的系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)成為可能，現(xiàn)在用于多種材料包括生物能源、藥物的綠色生產(chǎn)。
另一半將給與George Smith教授和 Gregory Winter爵士，前者發(fā)明了噬菌體展現(xiàn)技術(shù)、后者把該技術(shù)擴展到抗體發(fā)現(xiàn)。
演化是最廣為人知的一個科學(xué)概念，地球上的生命來自哪里現(xiàn)在還是個迷，但生命如何演化已有比較堅實的理論和試驗基礎(chǔ)。演化是現(xiàn)在大千世界多樣性的核心機制，基因隨機（或不完全隨機）變異和傳宗接代中的重組產(chǎn)生了生物界的多樣性。長頸鹿演化出了長脖子，人類演化出了直立行走，制造工具等。
自然選擇是決定哪些物種可以生存、繁殖的機制，這個機制雖然保留了很多令人嘆為觀止的物種和生物過程、但仍然有很多人類需要的功能在自然界不存在。今天獲獎的科學(xué)家就是通過干預(yù)自然界的演化工作體系來發(fā)現(xiàn)新功能分子。
酶的定向演化最早概念是由Manfred Eigen提出，但Arnold第一個在實驗室中實現(xiàn)了整個過程?；具^程是誘導(dǎo)一個表達先導(dǎo)酶的基因隨機突變，然后在細菌中表達后篩選哪個酶有需要的功能，沒有這個功能的突變株被除掉，相當(dāng)于自然選擇。
然后這個苗頭基因開始下一輪突變和篩選，直到找到具有高效新功能的酶。這個過程與藥物化學(xué)的先導(dǎo)物優(yōu)化十分接近，只是用了細菌的表達系統(tǒng)。后來又有人發(fā)明了類似生物繁殖后代的DNA改組和其它技術(shù)、進一步提高了優(yōu)化效率。
噬菌體展現(xiàn)技術(shù)對制藥界更為重要。這個技術(shù)利用噬菌體感染細菌后通過細菌表達系統(tǒng)表達其外鞘蛋白，如果把外源基因插入則可同時表達在噬菌體表面用于篩選。
Smith最早完成了概念驗證，Winter則用這個技術(shù)表達了抗體片段庫，從中可以找到人源抗體。Winter后來創(chuàng)立了Cambridge Antibody Technology 并發(fā)現(xiàn)了一個叫做D2E7的TNF抗體，后來幾經(jīng)倒手成為當(dāng)今藥王修美樂。修眉樂是第一個通過噬菌體技術(shù)找到的抗體、也是第一個純?nèi)嗽纯贵w，對自身免疫疾病治療做出了重要貢獻。
無論酶、抗體、還是小分子藥物，因為可能性太多和對功能理解的局限從基本原理開始設(shè)計目標(biāo)分子目前還都無法大規(guī)模實現(xiàn)，從一個先導(dǎo)物開始隨機、半隨機產(chǎn)生大量類似物是一個實際的選擇。但一次就找到目標(biāo)分子需要極大的分子庫，這在實際運作中也難以做到。
所以無論小分子優(yōu)化、酶的定向演化、還是噬菌體生成抗體都是多輪優(yōu)化，把加法變成乘法。這個操作過程與生物的演化十分類似，但是篩選壓力（即目標(biāo)功能）是事先設(shè)定的，所以叫定向演化。
現(xiàn)在定向演化有了長足的進步，華人科學(xué)家David Liu設(shè)計的PACE系統(tǒng)已經(jīng)非常接近自然界的演化過程，可以連續(xù)演化和篩選而不需要一輪一輪操作。
這些技術(shù)為人類文明做出了巨大貢獻，三位科學(xué)家值得祝賀和感謝。
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