O药研发史：22年接力，华人科学家功不可没！
文|张继，菠萝
我们都很幸运地碰到了抗癌新药的井喷时期。众多靶向药、免疫药的出现，第一次让我们真正看到了把癌症变为慢性病的机会。
关于新药，我经常听到两个问题：
1：“新药凭啥这么贵？”
2：“为啥最新抗癌药都来自国外？”
这俩看起来迥异的问题，其实答案都是一样：新药开发极难且没有捷径，只能靠长期的科研积累和大量人力财力投入。
新药贵是这个原因，中国长期缺乏原创的抗癌新药也是这个原因。
今天以全球第一个上市的抗癌免疫药——O药为例，给大家介绍它背后20多年，无数科学家前仆后继写成的奇迹故事。
基础科研先行:PD-1/PD-L1基因初发现
PD-1的故事，开始于1992年的日本。
那一年，日本科学家本庶佑（Tasuku Honjo) 率先在实验室的小鼠身上发现并鉴定了一个新的基因。那个时候，本庶佑认为这个基因如果被激活，将会导致T细胞凋亡，因此把蛋白命名为PD-1（Programmed Death-1）。
本庶佑在研究论文中公布了小鼠PD-1蛋白的序列，随后的1994年，他又找到了人类PD-1基因和蛋白，并在1999年首先提出PD-1是免疫系统刹车。但很可惜，这些基础研究当时并未引起学界太多重视，更没有和抗癌扯上关系。一个重要原因，是本庶佑并不研究癌症免疫，而是专注免疫细胞发育和功能的基础科学家。
很快，美国科学家就加入了这个领域。
2000年，哈佛大学丹娜法伯癌症研究院（Dana-FarberCancer Institute）的Gordon Freeman和本庶佑合作发表了重要文章，阐述了PD-1/PD-L1信号通路对人体T细胞的调控作用。在这篇文章中，他们首次证明了 PD-L1能通过结合T细胞上的PD-1，抑制免疫细胞的活性。
另一个必须提到的杰出贡献者，就是著名的美国华裔科学家陈列平教授。
一方面，陈列平通过生物信息学方法，也找到了PD-L1，并于1999年12月首先发表论文，公布了PD-L1的基因及蛋白序列，这比Freeman早了10个月。（但Freeman的相关专利比陈列平早了3个月）
另一方面，也是个人认为陈列平教授最大的贡献，是2002年发表了一篇标杆性的科研文章[6]，里面指出很多肿瘤细胞都可以通过表达PD-L1实现免疫逃逸。陈列平团队在论文的摘要中富有前瞻性地写道：“这些发现可能带来基于T细胞的癌症免疫疗法。”
这是一个革命性的发现和论断，为后来开发PD-1/PD-L1抑制剂用于癌症治疗提供了重要理论依据。
不仅如此，陈列平教授在随后的十多年，持续不断地在抗癌免疫领域做出了大量原创的高质量研究，推动了我们对癌症和免疫系统之间关系的理解。对于这样深耕一个行业，而不是一直追踪热点的科学家，我个人非常敬佩。
图：陈列平教授
工业界加入：PD-1/PD-L1抑制剂开发
但光有基础科研是不会有新药的。
随着PD-1/PD-L1被发现，有些前沿生物制药公司开始蠢蠢欲动，致力开发PD-1抑制剂，希望能用于治疗和免疫相关的各种疾病。
最早干这事儿的公司之一，是美国的Medarex。
开发PD-1抑制剂在当时是个风险极大，几乎自杀性的科研项目。因为PD-1不是研究热点，除了本庶佑团队的数据外，几乎没有别的文献和数据提供理论支持。但经过内部讨论，他们认为值得一搏，决定开发针对PD-1/PD-L1的肿瘤免疫药物。
还好，他们有几位优秀的华裔科学家，特别是王常玉博士。
图：王常玉博士
2001年初，王常玉作为研发科学家加入Medarex公司。他是一位抗体药物研究专家，在以前公司就开发过抗体药物，经验丰富。
在Medarex这样的小公司，药物开发过程无比艰辛，一方面，完全没有外部专家的指导，全靠自己摸索。另一方面，连基本实验材料都买不到，只能靠团队自己解决。
在这样的条件下，王常玉带领团队从最基础的PD-1，PD-L1基因分子克隆，蛋白表达开始，一步步往前推进。功夫不负有心人，短短几个月后，研究人员就成功从小鼠脾脏里分离到了生产PD-1抗体的B细胞，再通过融合B细胞和骨髓瘤细胞，就得到了能长期稳定产生上述抗体的杂交瘤细胞株（注：这是生产抗体药物的主流方法之一）。
对了，在这个过程中，还有多名华裔研究者功不可没，包括了韩敏华，黄海春，吴仪，陈炳良等。
但这个从老鼠体内来的天然抗体虽然能抑制PD-1，但却不能被当成药物使用，为啥呢？因为这个抗体非常不稳定。如果用在人体的话，肯定还没来得及发挥作用就挂了。
咋办呢？
为了解决这个问题，Medarex的科学家对抗体进行了几个大改造，比如将PD-1抗体的一部分与免疫球蛋白G4（IgG4）的一部分结合，同时将一个氨基酸，从丝氨酸变成脯氨酸。类似这样的蛋白改造和氨基酸替换是不折不扣的高科技，也是药厂科学家的看家本领。
总之，经过乾坤大挪移后，科学家成功解决了天然抗体在体内的不稳定性问题，得到了一个全新的抗体药物：MDX1106。
MDX1106，就是Nivolumab，也就是大名鼎鼎的O药！
2014年，科学家发表论文详细介绍了Nivolumab的筛选和鉴定过程及重要数据。此文第一作者就是王常玉，他负责了这个项目的概念设计、试验方法开发等主要工作以及项目监督执行。
无论从什么角度，王常玉博士都是Nivolumab毫无争议的第一发明人，值得大家敬佩。
临床开发：早期的失望，后期的爆发
2006年8月，Medarex的PD-1抗体Nivolumab获得美国FDA批准进入临床I期试验，首批计划入组39名癌症复发的病人。
但结果一开始看起来并不惊艳。无论是无进展生存期（患者肿瘤不进展情况下的存活时间），还是客观响应率（肿瘤明显缩小的患者比例），免疫药物似乎都并不比传统药物好太多。
在这种情况下，很多人对PD-1抑制剂这种免疫疗法的价值产生了质疑，认为它和99%以前尝试过的抗癌药一样，是没有临床价值的。
就连Medarex公司管理层也动摇了，这直接导致2009年百时美施贵宝（BMS）以24亿美元的总价收购了Medarex，获得了包括Nivolumab在内的多个药物。这当然是一笔不小的财富（科学家并没得到多少钱）。但站在历史角度，他们没能独立把PD-1药物推向市场，看到它大放光彩，成为新一代广谱性革命性抗癌药物的那一天，是让人扼腕叹息的。
毕竟，Nivolumab这种革命性的药物，人的一生可遇而不可求。
现在我们知道，当年临床试验结果看起来不咋地，重要的原因是免疫药物起效机理和临床表现和以往针对癌细胞的药物（化疗或靶向药物）都非常不同。
无进展生存期和客观响应率并不是评价免疫药物最好的方法。因为免疫药物真正最大的优势，是药效的持续性。一旦起效，病人的存活期会比较长，甚至有较大几率实现临床治愈。
Nivolumab的临床试验也是这样，一开始看着不咋地，但随着跟踪时间延长，出现了令人惊奇的结果。
2010年，公布了Nivolumab第一批患者的治疗效果，参与临床试验的病人中，一位结直肠癌患者实现了完全缓解，一位黑色素瘤患者和一位肾癌患者实现了部分缓解，另有两位黑色素瘤患者的肿瘤也得到了显著缩小。
要知道，这些都是最晚期，且耐药的癌症患者，以往想要存活很久，是不可能的事儿。
这个结果，犹如重磅炸弹，立刻引起了行业的重视。
比如默沙东公司，惊喜地发现自己后院居然也有一个PD-1抗体药。
这个抗体药来历颇为曲折。最初，是先灵葆雅2007年收购荷兰Organon公司时获得，而2009年先灵葆雅公司并入默沙东，所以它成了默沙东的资产。
这个曾被自己公司都遗忘的药，就是现在的K药。
Organon公司当年开发PD-1抗体药物，并不是为了治疗癌症，而是想作为自身免疫性疾病（如类风湿关节炎）的辅助用药。随着两次收购带来的重组和研发重心变迁，Organon的团队已被告知应该停止PD-1抗体的研发工作。
但2010年BMS公布的临床试验结果改变了一切，默沙东意识到了PD-1抗体在癌症治疗上的巨大空间，随即重启了自己的PD-1抗体项目，并于2010年12月获准进入临床试验。
而BMS的PD-1抗体Nivolumab，也率先完成了多项标志性的临床试验，并以商品名Opdivo的名字于2014年7月在日本获得批准，成为全球第一个被批准的PD-1药物。
后面的故事，大家就都知道了。
后记：药物开发没有捷径，基础科研不是全部
从本庶佑1992年发现PD-1蛋白，到2014年Nivolumab上市，中间经历了22年，即使从2000年明确PD-1/PD-L1的功能算起也经历了14年，药物研发的艰巨，可见一斑。
中国的制药行业正在转型期，希望进军创新药，成为创新药大国。PD-1抗体药物曲折的故事，也给我们提供了一些值得总结的经验和教训。
一方面，创新药离不开基础科研的积累。
创新药的开发过程和基础科研的关系更像是果树与土地的关系。没有深厚的基础科研的积累，很难产生创新药。美国至今仍是基础科研实力最雄厚的国家，绝大多数的创新药也诞生在美国，这就好像贫瘠土地上的果树，难以长出丰硕的果实。没有本庶佑等人发现PD-1的功能，O药的诞生无从谈起。
另一方面，光靠基础科研是不够的。
毫无疑问，PD-1/PD-L1的发现要归功于本庶佑等人，而本庶佑也很可能会因此获得诺贝尔奖。但从Nivolumab的研发历程可以看出，作为基础科学家，本庶佑等人对这个药的开发并无太多直接贡献。他们可能在发现PD-1/PD-L1的功能之后的好几年都没意识到PD-1/PD-L1对癌症治疗会有突破性的作用。
如果没有Medarex团队独具慧眼研发PD-1抗体用于癌症治疗，本庶佑这一成果或许至今都还被淹没在故纸堆里。
药厂的大批科学家或许不会发表非常多《自然》、《科学》级别的论文，有些人甚至没有博士学位，但他们所拥有的专业技能和知识，是新药开发必不可少的环节。
基础科学家和新药开发公司的定位不同，评估新药的临床意义和商业意义，不是基础科学家的职责。再优秀的基础科学家，也无法靠一己之力完成创新药的研制和开发。一个药物从实验室走向市场，后续开发丝毫不比前期科研的难度低。
总之，要成为创新药大国，基础科研，转化科研，临床科研，三者缺一不可！
今天，我们为陈列平教授、王常玉博士等优秀华人科学家在肿瘤免疫领域做出的成就而自豪。
明天，希望有更多来自中国本土的创新药，给世界带来好消息。
参考文献：
(1) Ishida,Y., Y. Agata, K. Shibahara, and T. Honjo. Induced expression of PD-1, a novelmember of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death. EMBOJ. 1992 11:3887–3895
(2) Shinohara,T., Taniwaki, M., Ishida, Y., Kawaichi, M., & Honjo, T. (1994). Structureand Chromosomal Localization of the Human PD-1 Gene (PDCD1). Genomics, 199423(3), 704–706.
(3) NishimuraH, Nose M, Hiai H, Minato N, Honjo T. Development of lupus like autoimmunediseases by disruption of the PD-1 gene encoding an ITIM motif-carryingimmunoreceptor. Immunity 1999;11:141–51.
(4) FreemanGJ, Long AJ, Iwai Y, Bourque K, Chernova T, Nishimura H,et al. Engagement ofthe PD-1 immunoinhibitory receptor by a novel B7 family member leads tonegative regulation of lymphocyte activation. J Exp Med 2000;192:1027–34.
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(8) C.Wang,K. B. Thudium, M. Han, X. T. Wang, H. Huang, D. Feingersh, C. Garcia, Y. Wu, M.Kuhne, M. Srinivasan, et al. In vitro characterization of the anti-PD-1antibody nivolumab, BMS-936558, and in vivo toxicology in non-human primates.Cancer Immunol. Res 2014. 2: 846–856
(9) https://www.fdanews.com/articles/72247-ono-and-medarex-enter-into-collaborative-research-agreement
(10)https://news.bms.com/press-release/partnering-news/bristol-myers-squibb-and-ono-enter-strategic-agreement-anti-pd-1-antib
(11)Methodsfor treating cancer using anti-pd-1 antibodies
(12)HumanMonoclonal Antibodies To Programmed Death 1(PD-1) And Methods For TreatingCancer Using Anti-PD-1 Antibodies Alone or in Combination with OtherImmunotherapeutics
(13)Methodsfor treating cancer using anti-PD-1 antibodies in combination with anti-CTLA-4antibodies
(14)https://news.bms.com/press-release/partnering-news/bristol-myers-squibb-and-ono-pharmaceutical-company-enter-settlement-a
(15)https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT00441337
(16)Brahmer.JR,Drake. CG, Wollner. I, Powderly.JD, Picus.J, Sharfman WH, et al. Phase I Studyof Single-Agent Anti–Programmed Death-1 (MDX-1106) in Refractory Solid Tumors:Safety, Clinical Activity, Pharmacodynamics, and Immunologic Correlates. J ClinOncol. 2010 28(19) 3167-3175.
(17)https://www.forbes.com/sites/davidshaywitz/2017/07/26/the-startling-history-behind-mercks-new-cancer-blockbuster/#5df01e89948d
(18)https://www.fiercepharma.com/sales-and-marketing/bms-sues-ex-account-manager-claiming-she-took-pd-1-marketing-secrets-to-merck