11类肿瘤抗原

简评：肿瘤抗原是肿瘤诊断和靶向治疗的基础。

本文总结了11类肿瘤抗原的产生及特点，希望能够对靶点研究、精准诊断、免疫治疗等提供帮助。

1.癌症种系抗原（CGAs）

癌症种系抗原（Cancer germline antigens，CGAs），也称癌症-睾丸抗原，来源于胎儿发育过程中表达的基因。这些基因在大多数健康成人组织中被表观遗传学沉默（除了生殖细胞和胎盘滋养细胞）。

然而，它们通过DNA去甲基化可以在多种肿瘤中表达，并可以产生被T细胞识别的肽片段。如NYESO-1和MAGE-A蛋白，由X染色体编码，并在几种类型的癌症中表达。

种系抗原免疫应答（Vaccines 2021, 9, 85.）

人们已经多次尝试通过用CGA疫苗治疗癌症。然而，尽管在血液中产生了高频率的反应性T细胞，但未能实现肿瘤消退，也未能预防手术切除肿瘤患者的癌症复发（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）。

使用亲和力增强和MHCI类限制TCR的自体淋巴细胞靶向NY-ESO-1，在超过50%的NYESO-1阳性转移性黑色素瘤和滑膜细胞肉瘤患者，观察到客观的、短暂的反应，对正常组织没有毒性。

靶向MAGE-A3的T细胞疗法，出现了对大脑MAGE-A12和心脏肌动蛋白的交叉反应。所以CGA虽然是肿瘤特异性的，但还是会在特定情况下出现脱靶毒性。

2.人内源性逆转录病毒(HERVs)抗原

人类内源性逆转录病毒(Human endogenous retroviruses，HERVs)是古代逆转录病毒整合事件的残余，位于整个人类基因组，约占基因组DNA的8.5%，但其中只有一小部分包含可以成功翻译的完整序列。正常组织中在表观遗传学上被沉默（通过DNA甲基化）。

与CGAs类似，HERVs可以通过DNA去甲基化在肿瘤中表达，并可以产生多肽，并被患者自身的T细胞识别。除了自身具有免疫原性外，HERV还可能导致双链RNA的形成，从而触发类似于病毒感染的细胞免疫反应，这种现象被称为病毒模仿。

hERV激活免疫系统（J. Clin. Invest. 128, 4804–4820.）

一些研究表明，HERV可能有助于介导免疫治疗后的肿瘤消退。一名转移性肾细胞癌(RCC)患者在造血干细胞移植后肿瘤完全消退，发现循环供体T细胞能够识别HERV-E衍生肽。此外，在免疫检查点抑制剂治疗的转移性RCC患者中，应答患者的hERV的表达明显高于无应答者。

虽然癌症细胞表达，但是正常组织中也表达HERV，所以只有有限的几项相关临床研究 (NCT03354390，HERV-E TCR Transduced Autologous T Cells in People With Metastatic Clear Cell Renal Cell Carcinoma)

3.组织分化抗原（TDAs）

编码组织分化抗原(tissue differentiation antigens，TDAs)的基因，表达仅限于肿瘤和肿瘤来源的组织。例如，MART-1和gp100，首次发现都是在黑色素瘤，但后来被发现在皮肤、内耳和眼睛的正常黑色素细胞也有表达。

许多临床研究试图用基于TDA的疫苗治疗癌症患者，但在绝大多数病例中未能提供有意义的临床受益。sipuleucel-T（针对前列腺酸性磷酸酶，一种前列腺TDAs）是其中结果最好的，导致无症状总生存期适度延长，获得FDA批准。然而，由于没有客观的肿瘤消退，甚至没有特定的肿瘤标志物的显著减少，因而这种疗法未被广泛使用。

sipuleucel-T（Future Oncol. (2018) 14(10), 907–917）

靶向TDAs的细胞治疗，有影响正常组织的显著毒性风险。例如，在一项对36例转移性黑色素瘤患者的研究中，用高亲和力TCR靶向MART-1和gp100，分别导致30%和19%的患者的癌症消退。然而，它也会导致正常黑色素细胞的破坏，从而导致白癜风和严重的眼部和听觉症状，需要使用高剂量的局部类固醇治疗。

4.过表达肿瘤抗原

这些抗原是正常基因的产物，在正常组织中表达，并在某些类型的癌症中过表达；例如，卵巢癌和乳腺癌中的HER2和癌胚抗原(CEA)。此类抗原缺乏肿瘤特异性。HER2的开发以抗体药物为主（单抗、双抗、ADC药物）。

HER2药物开发（Cancers 2020, 12, 1573）

过继细胞转移疗法，会产生明显的off tumor的毒性。例如，在一项涉及3例结直肠癌患者的研究中，对CEA具有高亲和力TCR-T细胞导致了1例患者的客观癌症消退，但在所有3例病例中都导致了正常结肠黏膜严重的不可逆破坏。

5.错义单核苷酸变异（mSNVs）新生抗原

错义单核苷酸变异（mSNVs）是不同类型实体肿瘤的主要突变形式，可导致细胞蛋白在其序列中存在单一氨基酸变异，如果这种变异使得多肽获得与MHC分子结合的特性，则这些蛋白可能获得了免疫原性，可以被TCR识别。

免疫原性mSNV只代表所有癌症突变的一小部分,可以在大多数不同类型的癌症患者中检测到，包括那些总体突变负荷较低的患者（如大多数胃肠道肿瘤）。MUM1、CDK4和CTNNB1是最早通过从cDNA筛选的方法从转移性黑色素瘤患者发现的mSNV驱动的肿瘤新生抗原。

一名错配修复熟练的转移性结肠癌患者接受了自体TIL产品的治疗，该产品包含约75%的CD8+细胞，识别来自KRAS基因热点(G12D)突变的新生抗原。这导致了所有转移性肺病变开始消退。其中一个在9个月后进展，随后被切除，使患者无疾病生存。

靶向mSNV来源的新生抗原T细胞，可以介导持久的肿瘤消退，而不会对正常组织造成任何毒性。然而，需要注意的是，大多数接受治疗的患者（尤其胃肠道癌症患者），仍然对这种治疗没有反应。

6.插入和删除突变(INDELs)新生抗原

根据受影响的碱基对数量，核苷酸插入和缺失(insertion and deletions ，INDELs)可能导致蛋白质形成一个或多个氨基酸的获得或丢失(非移码INDELs)。或者，它们可能会产生具有移码序列的蛋白质，这些序列通常由于过早的终止密码子(移码INDELs[fsINDELs])而被截断。

一些研究表明INDEL衍生的肽可以具有免疫原性。例如，TGFBRII是一种移码缺失，在结直肠癌中经常失活，产生被CD8+和CD4+细胞识别的多肽。此外，一名转移性黑色素瘤患者对TILs治疗，产生完全缓解，分析显示，存在一个CD8+T细胞克隆，识别了肿瘤抑制因子CDKN2A移码缺失的产物。

总的来说，INDEL在癌症中的发病率低于mSNV，在所有非同义突变中占比约为5%，RCC例外，约为12%。据预测，fsINDELs产生的高亲和力MHC结合物数量至少是mSNVs的三倍。

Lancet Oncol. 2017.18, 1009–1021.

7.基因融合新生抗原

基因融合可以通过大规模的基因组重排（如染色体易位、缺失或染色体倒置）而产生，它可能产生癌症特有的融合蛋白，可以被患者的T细胞识别，比如慢性粒细胞白血病患者9和22号染色体易位导致的融合蛋白BCR-ABL，滑膜细胞肉瘤患者的症状X：18易位引起的SYT-SSX1融合，头颈部癌症DEK-AFF2基因融合的肽，腺样囊性癌(ACC) MYBNFIB基因融合。

不同类型实体肿瘤的总体基因融合负荷明显低于总SNV负荷，但预计基因融合会产生更多的潜在新抗原。但是有研究显示，融合新抗原负荷不能预测对转移性黑色素瘤患者使用ICIs的获益之间的相关性。

iScience 21, 249–260.

通过免疫治疗靶向融合新抗原的尝试仅限于一些基于疫苗的方法，但是缺乏积极的临床结果。虽然绝大多数的基因融合是遗传不稳定的副产品，没有已知的功能，但也有一些产生的融合蛋白在患者之间共享，作为致癌基因发挥作用，是有价值的免疫治疗靶点。包括甲状腺癌中的CCDC6-RET和前列腺癌中的TMPRSS2-ERG，或FGFR3-TACC3，占各类癌症患者的1%-2%。

8.病毒癌蛋白抗原

实体癌症一部分是病毒感染的结果，其中病毒基因整合到细胞基因组中，导致具有致癌特性的病毒蛋白表达。例如，E6和E7癌蛋白的表达是人类乳头瘤病毒(HPV病毒)感染，驱动头颈部、宫颈癌和肛门癌的进化。同时，从这些“外来”蛋白质中提取的多肽可以被患者的T细胞识别。默克尔细胞多瘤病毒(MCPyV)感染引起的默克尔细胞癌， EBV感染引起的鼻咽癌。一般来说，由于病毒抗原与正常细胞蛋白显著不同，因此能够引起高亲和力的TCR反应。

一些细胞治疗和疫苗的临床试验在开展，并且产生了包括肿瘤消退在内的反应，并且对于正常组织没有明显毒性，所以对于肿瘤治疗是有吸引力的靶点。

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.异常mRNA剪接相关肿瘤抗原

肿瘤中异常的mRNA剪接可导致内含子的保留。随后，保留内含子序列可以被翻译，并产生多肽，与MHC分子结合，并被T细胞识别。

利用cDNA文库筛选方法，已经鉴定出了几种这样的内含子抗原，包括黑色素瘤中MUM-1基因的外显子-内含子连接编码多肽。在这里，内含子保留本身并不是肿瘤特异性的，但内含子包含一个肿瘤特异性突变，使其成为真正的新生抗原。在另一个来自黑色素瘤患者的例子中，T细胞识别出了一种由gp100基因中保留内含子编码多肽。然而，该内含子没有发生突变，并在正常的黑色素细胞中发现了相似的表达水平。保留内含子增加了新生肿瘤抗原的检测数量，但是否能够成为肿瘤特异性的新生抗原，需要进行大量的比较研究。有研究显示，同SNVs相比，保留内含子的突变与临床获益相关性不大。

肿瘤中异常的RNA剪接也可能导致新的外显子-外显子连接(EEJs)的形成，这可能导致免疫原性蛋白/肽。在一项比较肿瘤WES和RNA测序数据的研究中，一部分新的EEJs仅在癌细胞中检测到，而在相应的正常组织中没有检测到，一些EEJs在不同类型的癌症中反复检测到。

Cancer Cell 34, 211–224.e6.

10.异常RNA翻译衍生肿瘤抗原

这些抗原也被称为隐藏抗原，要么通过替代开放阅读框(aORF)翻译的蛋白质，要么通过原本推测为非编码序列翻译而来。

Nat. Commun. 2016. 7, 10238.

与其他非常规抗原一样，隐藏抗原既可以是肿瘤相关的，也可以是肿瘤特异性的。第一个被鉴定的是gp75基因aORF中编码的多肽。该基因被发现在两个重叠的ORF中被翻译，从而形成两个完全不同的蛋白质。这些蛋白中只有一种产生了免疫原性肽，被TILs识别，介导转移性黑色素瘤患者的客观肿瘤消退。

11.翻译后修饰衍生肿瘤抗原

细胞蛋白或多肽的翻译后修饰是产生肿瘤抗原的另外一个途径，包括一类融合肽（由蛋白酶体剪接两个单独的肽片段），来自相同的蛋白质（顺式剪接）或来自不同的蛋白质（反式剪接）。第一个被鉴定的抗原是通过连接两个肽片段(一个5-和一个4-mer)获得的肽，这些片段在FGF5编码的亲本蛋白中被40个氨基酸分割，随后发现了其他蛋白质中剪接的免疫原性肽，包括gp100、SP110和酪氨酸酶。

Sci. Immunol. 2018. 3, eaar3947.

另一类翻译后修饰的肿瘤抗原包括经历酶促氨基酸修饰的蛋白质，如磷酸化、乙酰化、瓜氨酸化、糖基化或脱酰胺化，可以被患者的免疫细胞识别。

酶修饰的肿瘤抗原最丰富的是磷酸化蛋白，是癌症中激酶介导的信号通路失调的结果，已经成功地从癌症组织和癌细胞系的表面MHC分子中洗脱获得。他们可以被循环CD4+T细胞识别，是免疫治疗的有吸引力的靶点。

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