1. 引言
乙型肝炎是由嗜肝DNA病毒科乙型肝炎病毒(hepatitis B virus, HBV)引起的,以宿主肝细胞损伤病变和炎症为主要特征的传染性疾病。全球约有2.4亿慢性乙型肝炎患者(chronic hepatitis B, CHB),每年约有一百万人死于HBV相关疾病,如肝硬化或肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC) [1]。目前,治疗CHB的临床药物主要分为两类:一类是干扰素(Interferon, IFN),具有直接抗病毒作用和免疫调节作用,患者在停药后能获得持续的病毒学应答(sustained virologic response, SVR),但应答率较低且不良反应多。另一类是核苷(酸)类似物(nucleos(t)ide analogue, NAs),如阿德福韦酯、恩替卡韦等,直接竞争抑制HBV聚合酶活性,阻断DNA复制,口服方便副作用小,但对HBV转录模板共价闭合环状DNA (covalently closed circularDNA, cccDNA)没有影响,不能彻底清除HBV,易引发病毒变异产生耐药性 [2]。
HBV感染者中,约90% HBV急性感染成人患者会借助自身免系统自发地从疾病中恢复,并完全清除或控制病毒,只有5%~10%会发展成CHB [3]。因此,利用患者免疫系统治疗CHB,吸引了大量科研人员的目光,目前已经出现了多种免疫治疗药物和方法。
2. 慢性乙型肝炎病理机制
固有免疫早期应答阶段,I型干扰素(IFN-I)可以诱导抗病毒蛋白表达,辅助细胞应答,帮助自然杀伤细胞(natural killer cell, NK)、树突状细胞(Dendritic Cells, DC)和T细胞成熟。但在急性感染早期阶段,HBV能够逃脱免疫系统识别,活跃复制并发展成病毒血症,随后激活免疫应答引起肝脏损伤。在病毒载量达到峰值前,IFN-γ产生(IFN-γ可能来源于NK细胞) [4],诱导强烈的T细胞应答,HBV特异性的CD8+T细胞以细胞溶解或非细胞溶解的方式清除肝细胞中的HBV [5]。其中,非细胞溶解的方式,主要依赖于细胞因子(如IFN-γ、TNF-α)介导的cccDNA降解作用 [6]。CD4 + T细胞虽然不直接靶向病毒感染的细胞,但可通过协调激活DC细胞、调节性T细胞和辅助性T细胞来调节B细胞和T细胞的适应性免疫应答 [7] [8]。此外,由肝脏非实质细胞释放的IFN-α、IFN-γ、TNF-α、IL-1β细胞因子也能抑制,甚至从HBV感染的细胞中清除病毒 [9]。
HBV特异性CD8 + T细胞在病毒急性感染期的清除过程中,发挥了主要作用。但在CHB患者体内,多种因素致使HBV特异性T细胞应答微弱。首先,持续存在的抗原,如乙型肝炎E抗原(hepatitis Be antigen, HBeAg)和乙型肝炎表面抗原(Hepatitis B surface antigen, HBsAg),形成一个对T细胞持续刺激的强烈信号,造成抗原特异性的T细胞耐受。其次,过度的PD-1和CTLA-4共抑制信号,造成HBV特异性T细胞耗竭和功能障碍。第三,高水平的HBV DNA和免疫抑制性细胞因子(如IL-10)进一步抑制了剩余CD8 + T细胞的活性。第四,NK细胞可能通过TNF相关细胞凋亡诱导配体(TNF related apoptosis inducing ligand, TRAIL)的表达或B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2, Bcl-2)相互作用介质Bim的上调,引起HBV特异性T细胞凋亡。第五,调节性T细胞、功能障碍的DC细胞可能与过度免疫抑制的肝脏微环境有关,而过度免疫抑制的微环境不利于宿主的免疫应答 [9] [10]。
B细胞不仅介导HBV特异性免疫应答,产生大量抗体与病毒结合,阻止病毒进入细胞,促进病毒被清除,还参与了抗原呈递过程和免疫调节过程。在动物模型中,anti-HBs抗体能有效治疗HBV转基因小鼠 [11]。在临床上,有淋巴瘤患者在接受利妥昔单抗治疗后出现乙肝复发情况 [12]。这些都说明B细胞在控制HBV时,挥了重要作用。但在CHB患者体内,体液免疫应答却受到阻碍,大部分CHB患者体内检测不到anti-HBs抗体。虽然体液免疫应答与限制病毒扩散,清除循环病毒以及CHB的病理机制有关,但目前CHB体液免疫应答障碍的机制尚不明确 [13],因此还需要进行更深入的研究工作。
在急性HBV感染阶段,NK细胞的激活与IFN-α发挥的抗HBV作用有关。但在CHB患者中,NK细胞可能借助TNF相关细胞凋亡诱导配体的表达或Bim的上调,抑制HBV特异性T细胞 [4] [14]。所以,NK细胞究竟是偏向于靶向HBV感染的细胞,还是抑制HBV特异性T细胞,仍然存在争议。
3. 慢性HBV感染的免疫治疗
3.1. 靶向固有免疫系统
在病原体感染机体的过程中,病原体相关模式分子(pathogen-associated molecular patterns, PAMP)与主要表达在宿主固有免疫细胞表面的模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR)相互作用,使微生物病原体被固有免疫系统识别,从而诱导固有免疫应答。PPR包括Toll样受体(Toll-like receptors, TLR),RIG-I样受体(RIG-I like receptors, RLR-I)和NOD样受体(nucleotide binding oligomerization domain-like receptors, NLR)等。最近的研究表明,宿主PPR可以识别HBV,诱导细胞因子释放,限制病毒的复制 [15]。
3.1.1. TLR激动剂
TLR参与抗病毒反应的多个环节,能够激活固有免疫系统,启动细胞内信号传导途径,诱导IFN和其它细胞因子释放,具有连接固有免疫和适应性免疫的桥梁作用。研究发现,CHB患者的抗病毒治疗会引起TLR表达的上调和其先天抗病毒功能的恢复 [16]。因此,活化TLR可以作为治疗CHB的一种免疫治疗方法。
GS-9620是一种口服的TLR7激动剂,目前处于治疗CHB的Ⅱ期临床试验阶段。在动物模型中,GS-9620能长期抑制HBV抗原和HBV DNA的血清水平。GS-9620能优先激活肠道和肝脏中的pDCs,诱导产生IFN-α [17],然后诱导B细胞反应和CD8 + T细胞反应。同时GS-9620诱导的肝内B细胞应答可能在HBsAg血清学转换中起重要作用 [18]。TLR8主要表达在单核细胞和髓样树突状细胞中,与抗病毒免疫应答密切相关,但在CHB患者体内,TLR8功能障碍。GS-9688是一种口服的TLR8激动剂,能诱导免疫调节性细胞因子和抗病毒性细胞因子产生,激活CD8+T细胞和NK细胞,目前处于治疗CHB的II期临床试验阶段。根据已公布的前期临床数据来看,GS-9688具有良好的安全性和耐受性,并能诱导病毒学应答 [19]。
3.1.2. RIG-I和NOD激动剂
SB9200是由Spring Bank Pharmaceuticals开发的新型小分子核酸杂交化合物,通过激活PRR (RIG-I蛋白与NOD2蛋白),参与细胞识别病毒RNA的过程。目前处于治疗HBV感染的II期临床试验阶段。SB9200具有双重抗病毒机制,一方面通过诱导内源性IFN,选择性上调宿主对病毒的免疫应答,促进病毒清除。另一方面,通过抑制病毒聚合酶活性,阻断病毒的复制。由于SB9200是通过靶向宿主参与免疫应答的蛋白发挥抗病毒作用,而不是直接作用于病毒,所以其产生耐药性的可能较小 [20]。
3.2. 靶向适应性免疫系统
在CHB患者体内,虽然体液免疫障碍的机制尚不明确,但高水平的抗原、HBV DNA、免疫抑制性细胞因子、免疫抑制的微环境和多种抑制信号导致特异性T细胞耗竭和功能障碍,机体对HBV感染呈现免疫耐受状态,不能启动有效的适应性免疫应答清除HBV。因此,借助免疫疗法打破CHB患者的免疫耐受状态,增强或重建患者病毒特异性免疫应答,成为治疗CHB的热点方向。
3.2.1. 治疗性疫苗
自1982年预防性HBV疫苗应用以来,HBV感染的发病率已显著下降,但是每年仍有数百万人感染HBV,而预防性HBV疫苗对已感染的患者无治疗作用。近年来随着对CHB感染病理机制的研究,通过诱导特异性免疫应答,达到治疗目的治疗性疫苗开始受到人们关注。治疗性疫苗主要分为基因工程蛋白疫苗、DNA疫苗、细胞疫苗等。
基因工程蛋白疫苗是将具有较强抗原性的HBV核衣壳蛋白或核心抗原(hepatitis B core antigen, HBcAg)进行修饰后接种给病人,诱导机体产生特异性细胞免疫。在转基因小鼠模型中,由HBsAg、HBcAg和CpG寡脱氧核糖核苷酸(CpG oligodeoxynucleotides, CpG ODN)佐剂组成的疫苗制剂可以诱导强烈的HBV特异性体液免疫应答和细胞免疫应答,克服HBV转基因小鼠的耐受性。CpG ODN佐剂不仅诱导了强烈的Th1反应性,而且在C57BL/6和HBV转基因小鼠中,促进了针对HBcAg的Th1应答强度,平衡了针对HBsAg的Th1/Th2应答强度,这对于HBV治疗性疫苗发挥预期疗效十分重要 [21]。
DNA疫苗是将包含HBV抗原蛋白DNA序列的表达载体导入机体,在体内表达病毒抗原,诱导机体产生特异性免疫应答。INO-1800是一个多抗原(A基因型和C基因型HBsAg、HBcAg)DNA治疗性乙肝疫苗。临床Ⅰ期数据显示,INO-1800具有良好的安全性和耐受性,能激活并促进CD8 + T细胞增殖,受试者能够产生HBV特异性T细胞免疫应答,这些T细胞能识别HBV的关键组分,并产生细胞因子(如IFN-γ)清除肝脏内的HBV [20]。
DC细胞是目前已知抗原呈递功能最强的专职抗原呈递细胞,能诱导特异性的T细胞免疫应答。有临床研究发现,体外用HBsAg冲击致敏DC后,皮下注射DC疫苗两次,19名患者中,10人HBeAg消失,5人发生HBeAg血清学转换,2人HBV DNA水平降至检测限以下 [22]。而在另一项试验中,5名健康受试者接受单次DC疫苗注射,2名anti-HBs(+)受试者和2名anti-HBs(−)受试者体内的anti-HBs水平均上调,且没有任何不良反应出现 [23]。这些结果表明DC疫苗具有良好的应用前景。
3.2.2. 免疫检查点抑制剂
程序性死亡受体1 (programmed cell death protein 1, PD-1)和细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4, CTLA-4)在CHB患者病毒特异性CD8 + T细胞上过表达,已被证实与病毒特异性CD8 + T细胞的功能障碍有密切联系。与CD8 + T细胞类似,CTLA-4上调后,CD4 + Th细胞增殖受阻,CD4 + Th细胞的分化向Th2极化,抗炎细胞因子水平升高,而促炎细胞(Th1和滤泡辅助性T细胞)的活化被阻断,促炎细胞因子的水平下降 [24] [25]。因此利用免疫检查点抑制剂阻断相关信号通路,或许可以重新激活CHB患者体内的病毒特异性T细胞应答,达到治疗目的。
研究发现,在小鼠模型中,利用anti-PD-1 mAb阻断PD-1/PD-L1信号通路,肝内T淋巴细胞IFN-γ表达量上调,并且逆转了肝内T淋巴细胞的耗竭表型,恢复其部分功能,实现病毒清除。这证明阻断PD-1可逆转CHB患者的免疫功能障碍和HBV持续性感染状态,anti-PD-1 mAb可成为治疗CHB的良好候选药物 [26]。2017年开展了一项评估anti-PD-1 mAb nivolumab与治疗性疫苗GS-4774联合治疗HBeAg(−)CHB患者的临床Ⅰ期试验,结果表明患者对高达0.3 mg/kg的单剂量nivolumab具有良好的耐受性,接受nivolumab治疗的患者HBsAg显着下降,而联合GS-4774用药没有额外的治疗益处,证明检查点阻断或类似的方法可以让HBeAg(-)患者达到功能性控制HBV的疗效 [27]。
3.2.3. 嵌合抗原受体T细胞免疫疗法(Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy, CAR-T)
嵌合抗原受体T细胞免疫疗法(Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy, CAR-T)是指利用基因工程技术赋予患者T细胞不依赖人类淋巴细胞抗原(human lymphocyte antigen, HLA)特异性识别抗原的能力,在体外大量扩增改造后的T细胞,然后回输至病人体内,从而发挥靶向杀伤作用,增强机体免疫应答。由于CHB患者体内HBV特异性免疫细胞数量较少,且呈耗竭状态,尤其是在具有高水平HBsAg和HBV DNA的HBeAg(+)患者体内,想要通过激活体内现存的HBV特异性T细胞,恢复HBV特异性免疫应答十分困难 [9],所以将CAR-T用于CHB治疗,或许能改善这一情况。
HBsAg-CAR-T已经被证明可以在体外清除感染HBV肝细胞中的cccDNA,并在转基因HBV小鼠中展现出短暂的抗HBV活性 [28]。但由于HBV转基因小鼠每个细胞均整合有病毒基因组,所以无法评估HBV-CAR-T能否清除肝细胞中的病毒。为此研究人员在HBV感染的人肝脏嵌合小鼠模型中进行了试验,结果表明HBsAg-CAR-T可以有效降低HBV DNA和HBsAg的水平,并浸润到肝脏组织中,以非细胞溶解的方式发挥抗病毒作用。但在另一项人肝嵌合的 TK-NOG 小鼠试验中,发现在给小鼠输入供体HBV血清反应阳性的外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell, PBMCs)后,谷丙转氨酶(Alanine aminotransferase, ALT)水平上升,肝细胞受损。说明靶向细胞表面和分泌型HBsAg的T细胞与靶向HLA分子呈递的病毒多肽的T细胞在发挥抗病毒作用时,机制有所差别 [29]。2015年,研究人员首次利用HBsAg-CAR-T治疗HBV相关肝癌转移的患者,结果表明在适应性免疫应答重建过程中,HBsAg水平被显著抑制 [30]。
尽管CAR-T免疫治疗法展现出良好的治疗前景,但是由于其定制化治疗的特性以及生产工艺复杂的难点,导致费用高昂,目前还无法在临床上大规模应用。
3.2.4. T细胞双特异性抗体(T cell engaging bispecific antibody, T-BsAb)
鉴于CAR-T个体化治疗费用高,技术复杂的难点。研究人员设想构建一种同时靶向HBV抗原表位和T细胞表位的T-BsAb,该抗体具有生产可控性,不针对个体开发,可以供给大多数患者使用,能激活CHB患者体内的T细胞产生HBV特异性细胞免疫应答,以细胞溶解或非细胞溶解的方式清除HBV。早期研究表明,在裸鼠肝癌移植瘤模型中,anti-HBxAg/anti-CD3 BsAb不仅增强了效应细胞对肿瘤细胞的靶向性,特异性裂解乙肝X抗原(hepatitis B x antigen, HBxAg)阳性的HCC细胞,还诱导了外周淋巴细胞浸润肿瘤组织 [31]。
鉴于蛋白类的T-BsAb,也存在如生产工艺复杂,半衰期短需持续给药,血液循环中的病毒粒子与抗体结合形成免疫复合物可能致使病人患免疫复合物病,以及由抗体激活全身T细胞引起继发性副作用等缺点。研究人员尝试通过将编码anti-HBsAg/anti-CD3 BsAb的载体导入肝脏细胞,在肝脏局部区域表达T-BsAb来解决上述问题。在小鼠模型中,注射编码抗体的质粒一天后,抗病毒反应达到峰值,T-BsAb介导了有效的抗病毒反应,T-BsAb主要以非细胞溶解的方式介导抗病毒作用。研究还发现抗体并未将外周的T细胞募集到肝脏,而是直接激活肝脏中T细胞发挥抗病毒作用,并检测到高水平anti-HBsAg IgG抗体的产生,表明T-BsAb促进了宿主的适应性免疫应答。但由于该动物模型属于急性HBV感染模型,所以目前无法判定T-BsAb能否在CHB患者中发挥同样效果 [6]。
4. 免疫治疗的挑战
首先,针对CHB的免疫治疗方法旨在通过激活宿主免疫应答,尤其是激活HBV特异性T细胞应答来清除HBV,但可能因此产生严重的肝炎症状。因为肝脏是人体代谢的主要器官,肝脏受损严重会危及生命,所以必须严格防范控制这种风险。由病毒载体转染生产的稳定表达T细胞抗原受体(T cell receptor, TCR)的T细胞,由于长期存在于体内或在体内扩增,可能会导致CAR-T脱靶,不受控地裂解靶细胞,从而引起严重肝损伤。对此,采用mRNA电穿孔法生产短暂表达HBV特异性TCR的T细胞或可以解决这个问题,mRNA电穿孔法可以持续表达TCR三到四天,体内试验证明,经三次注射CAR-T细胞后,病毒血症得到缓解,HBeAg和cccDNA水平均下降。并且还可以通过优化暂时性CAR-T细胞的剂量和疗程长短来进一步减小诱导严重肝炎的可能性 [32]。
其次,与急性HBV感染不同,在CHB患者中,肝脏损伤程度与HBV特异性CD8+T细胞的数量无直接联系 [33],而是与其招募的炎症细胞有关,但具体机制尚不清楚。目前研究已初步表明,在含有大量炎症髓样细胞的环境中激活HBV特异性CD8 + T细胞,可能会引起严重的肝脏炎症 [9]。目前无法通过HBV特异性CD8 + T细胞预测免疫治疗可能引起的肝脏损伤程度,还需开展更深入的研究,探究在何种肝脏环境下更有利于激活肝脏内的免疫应答。
第三,CHB患者体内HBV特异性T细胞数量少,且受到过度的PD-1和CLTA-4信号、免疫抑制分子、NK细胞、调节性T细胞和抑制性微环境的影响,单一的免疫治疗方法很难达到理想的治疗效果。因此,组合多种免疫疗法和药物进行治疗或许能取得更好的效果。例如,在土拨鼠模型中使用治疗性疫苗,发现具有较轻或无肝脏炎症的土拨鼠会取得更好的治疗效果,因此在治疗过程中,联合NAs用药,不仅能降低HBV DNA水平,减轻肝脏炎症,还有助于提高治疗效果 [34]。同样在CAR-T治疗的小鼠模型中,也发现具有最低初始HBsAg水平的小鼠在治疗后,HBV DNA和HBsAg降低幅度最大,说明高水平HBsAg会影响CAR-T疗效 [29]。因此,在CAR-T治疗前,联合使用其他药物(如anti-HBsAg mAb)降低HBsAg水平会有助于CAR-T发挥疗效。
最后,当前只有当HBV感染者出现临床活动性肝脏疾病症状、纤维化时,才给予抗病毒治疗。但事实上,最新的研究表明,在CHB感染初始阶段,无病理损伤的高水平HBV DNA患者 [9],以及HBeAg(-)低病毒载量(HBV DNA < 2000 IU/ml)但高水平HBsAg (HBsAg ≥ 1000 IU/ml)患者 [10],有较大的风险发展为肝硬化和HCC。因此,选择在哪一阶段,依据何种指标判断是否对患者进行治疗尤为重要。另外,免疫治疗并不是对所有病人都有同样的治疗作用。治疗性疫苗HB-110在韩国患者体内诱导HBV特异性T细胞应答和HBeAg血清转换的能力较白种人患者低,亚洲患者HBV垂直传染率高,或许表明相对于白种人,亚洲患者具有更高水平的免疫耐受环境 [35]。而ALT水平和炎症细胞水平(炎症单核细胞、HBV非特异性T细胞、NK细胞)相关,肝内的炎症反应随年龄的增长而增加,在相似HBV DNA水平时,低ALT水平且年轻的患者对免疫治疗的应答或许更好 [9]。因此,及时修订CHB患者免疫治疗的标准,针对不同患者群体,开发或选择对应的免疫治疗策略是必要的。
5. 总结
现阶段,慢性乙型肝炎临床治疗药物发展停滞不前,难以取得令人满意的治疗结果。近年来,CAR-T、免疫调节剂和治疗性疫苗等新型免疫治疗技术和药物不断出现,这些治疗策略和药物在临床前和临床试验中,展现出良好的前景,但由于各自出现的不良反应或有限的治疗效果尚未应用到临床。目前,激活宿主免疫应答,完全清除cccDNA治愈CHB,仍然是免疫治疗的研究方向。但CHB的发病机制复杂,需要更深入地研究宿主和病毒相互作用机制,才能设计出有效的免疫治疗技术和药物。基于当前的的免疫治疗策略,筛选适合免疫治疗的患者,进行联合治疗,或许能取得较为理想的治疗结果。随着研究的不断深入,现有药物会得到改善,更多安全有效的治疗策略终将被研发,乙肝将会如同丙肝一样被治愈。