麻省理工學院的達雷爾歐文(Darrell Irvine)教授自稱是一名工程師,但這并不妨礙達雷爾成為癌癥研究領域的一顆新星。早在2004年,他就入選了《麻省理工科技評論》的“35歲以下創新者”榜單。在這十多年里,他的科研論文是頂尖學術期刊的常客,做出的發現經常登上學校主頁。
這正是這名工程師的獨特所在——達雷爾設計的不是航天飛船,也不是人工智能,而是每個人不可或缺的免疫系統。“我的實驗室正在努力尋找將藥物或疫苗更好地靶向免疫系統的方法,”這達雷爾說道:“我們想讓免疫系統更有效地攻擊癌癥、艾滋病或是其他疾病。”
達雷爾歐文教授(圖片來源:HHMI官網)
半路出家的免疫學新星
有趣的是,達雷爾最早學習的并不是生物。本科畢業于工程物理系的他在麻省理工學院獲得了高分子科學的博士學位。然而,這名材料物理學家卻陰差陽錯地迷戀上了生物學。“免疫系統運作起來有一套非常復雜的機制,不同的細胞需要在正確的時間出現在正確的地點發揮作用,這是一個龐大的調控系統,讓我深深著迷。”達雷爾說。
于是,達雷爾開始尋找前往免疫學實驗室學習的機會,但這并非易事——哪個實驗室會愿意接受一名沒有經過系統生物學訓練的高分子科學博士呢?然而,斯坦福大學赫赫有名的免疫學先驅,HHMI(霍華德?休斯醫學研究所)研究員馬克?戴維斯(Mark Davis)教授決定給他一個機會。戴維斯教授因發現了首個T細胞受體基因而知名,而在2000年,他發現了達雷爾的潛力。
達雷爾也沒有辜負戴維斯教授的信任。短短兩年,他們就攜手解決了免疫學領域的一個關鍵性問題——T細胞的敏感度究竟有多高。達雷爾發現,即便只是遇到“入侵者”產生的一個分子,T細胞都會做出反應。正如戴維斯教授所言,我們早已知道,神經元能夠識別單個氣味分子,視網膜細胞也能夠檢測到單個光子。現在,我們知道T細胞也能做類似的事。這極大地刷新了領域內對免疫系統的認識,也有望讓研發人員設計出更精準的免疫療法。
馬克戴維斯教授(圖片來源:HHMI官網)
2002年,達雷爾回到麻省理工學院,開設了自己的實驗室。在那里,他與團隊開始研究T細胞與抗原呈遞細胞之間的相互作用,以了解T細胞被激活的更多細節。與此同時,他也沒有忘記曾經接受的高分子科學訓練——他的團隊同時也在設計開發有望激活免疫系統的納米粒子,用以對抗癌癥和艾滋病。在做出諸多貢獻之后,他也在2008年成為了HHMI研究員。
達雷爾的研究并沒有局限在理論上。最近,他們在《Nature Medicine》上刊發的一篇論文,有望改善癌癥免疫療法療效受限的窘境。
漂亮的免疫療法組合拳
近年來,基于檢查點抑制劑的癌癥免疫療法取得了諸多令人欣喜的成功:以CTLA-4,PD-1或PD-L1為靶點的新藥,已經讓一些原本“無藥可治”的患者戰勝了癌癥。然而,能夠在這些新藥上受益的患者卻并非多數——免疫療法對許多患者的療效并不是很好,這也限制了它的發展潛力。
達雷爾認為,導致免疫療法不夠“廣譜”的部分原因可能是由于晚期腫瘤帶來的免疫抑制效果。這是一個復雜的信號通路,僅僅抑制一個免疫檢查點,恐怕作用有限。而免疫療法的組合也許能解決這個問題。
去年,達雷爾的團隊開發出了一種全新的T細胞疫苗。它能搭上血液中白蛋白的便車,來到淋巴結,促使大量T細胞誕生。在差不多同一時間,同樣來自麻省理工學院的戴恩?維特魯普(Dane Wittrup)教授也發表了一篇論文,表明將抗體與IL-2一同注射入小鼠體內,能夠促進免疫反應,讓黑色素瘤的病情停止惡化。
戴恩維特魯普教授(圖片來源:MIT官網)
“我們的疫苗能很好地激發后天免疫力,戴恩的組合療法能有效地促進先天免疫力。如果我們將這兩種方法組合到一塊兒,是不是就能讓免疫系統的兩條手臂同時起效,產生更好的療效呢?”達雷爾問道。
兩名學者說干就干。他們設計了一套漂亮的免疫療法組合拳,這套拳法由四招組成:能夠靶向腫瘤的抗體、能夠靶向腫瘤的疫苗、IL-2、以及PD-1抑制劑。理論上,靶向腫瘤的抗體能讓更多免疫細胞富集,助力T細胞的激活;疫苗和IL-2讓T細胞大量擴增,攻擊腫瘤;PD-1抑制劑則能讓T細胞的活性保持得更為持久。
實驗的結果則讓科學家們興奮無比——在患有黑色素瘤,淋巴瘤與乳腺癌的小鼠身上,這個免疫療法的組合拳讓高達75%的腫瘤消失的無影無蹤。更讓人興奮的是,在6個月后,研究人員往這些恢復健康的小鼠體內再次注射腫瘤細胞,也無法引起腫瘤復發。換句話說,這些小鼠的免疫系統能夠記住腫瘤的樣子,一旦出現新的腫瘤,就會立即對它們進行清除。
“據我們所知,還沒有人能夠在只是用生物制劑,而不輸入T細胞的情況下,對如此大的腫瘤進行如此良好的治療”,戴恩說道。
許多科研人員對這個組合拳表示看好。他們認為,以這個系統為模板,如果能替換靶向腫瘤的抗體與疫苗,就有望對不同的腫瘤進行治療。免疫療法的潛力,也有望得到真正的釋放。
目前,達雷爾正在開發一種更為廣譜的療法,讓科學家不用設計特定的腫瘤疫苗,就能讓療法對腫瘤生效。我們期待未來能有更多安全有效的免疫療法組合問世,讓更多的癌癥患者能夠戰勝病魔,早日恢復健康。