告别盲试！单细胞与空间技术助力个性化免疫治疗——专访Dmitrii Shek博士

　　

“我们开展以患者为中心的研究。老式技术可探索和阐明单个标志物或几个基因的表达，但对于癌症来说，这可能还不够。我们需要做得更多。我们需要探索新的维度。我们需要开展多组学研究，以便充分了解特定患者发生了什么。

每个人都是独特的，每个基因组的组成也是如此。我们如此不同，但是又如此相似。如果我们能治疗每位患者，如果我们能对每位患者进行多组学表达分析，也许这能让我们对肿瘤有全新的认识。这将为我们提供新信息——我们如何利用现有的治疗方案为患者带来最大的潜在益处，让他们能够多活几年，让他们能够享受生活。”

西悉尼大学（Western Sydney University），Dmitrii Shek博士

西悉尼大学的Dmitrii Shek博士对患者医护和生活质量充满热忱，对延长患者的生存期并战胜某些世界上最致命的癌症充满希望。

这些品质是他作为一名医生在培训和实践过程中培养出来的，也与他的成长经历有关。祖父与罕见胆管癌的抗争从个人角度和知识角度给Shek博士留下了深刻的印象，促使他开展研究工作：

“这是我职业生涯的一个关键时刻，因为我决定，‘好吧，也许我需要暂停我的医学生涯’，或许可以从事研究工作，以便更好地了解肿瘤，更好地了解癌症，尤其是更好地了解胃肠道癌症。”

我们近日采访了Shek博士，以了解胃肠道癌症免疫治疗的现状，以及高分辨率的多重单细胞和空间转录组学技术如何支持他鉴定免疫治疗相关毒性的预测性标志物，最终为他服务的患者制定更好的个性化治疗方案。

01 您能否详细介绍一下您的研究重点，以及您的学医经历如何促使您选择研究方向？

在我攻读博士学位期间，我试图了解为什么某些癌症患者有可能对新型药物（即免疫检查点抑制剂）产生应答并从中获益。这些是免疫治疗药物，旨在增强人体免疫系统，尤其是T细胞。T细胞开始增殖，并攻击恶性肿瘤。黑色素瘤试验表明，与化疗或其他药物等常规治疗相比，免疫治疗更有效。

不过，我们也研究为什么有些患者产生应答，而有些患者却没有。我们还研究为什么有些患者会出现免疫相关的不良反应（比如与免疫治疗相关的结肠炎），而有些患者则不会。

这背后存在着科学和临床上的合理性，结肠炎患者每天可能会腹泻15次，这对于他们来说显然是一个巨大的负担。这也是患者必须停止免疫治疗的原因。他们必须接受不同的免疫抑制药物，比如类固醇。但你知道，癌症是非常狡猾的。一旦停止免疫治疗，就没有障碍物能阻止癌症再次生长。对于停止免疫治疗的患者来说，癌症复发的几率通常比免疫治疗前要高得多。

02 研究这些免疫相关的不良事件有什么意义？它们如何融入免疫治疗领域不断进步和改善的大背景中？

在大约25或30年前，当患者被诊断出患有晚期转移性实体瘤时，治疗方案的确非常有限。当我的祖父确诊癌症时，我就面临这种情况。常规手段是进行以铂类为基础的化疗。也许还可以进行一些放疗。如果癌症在早期阶段确诊，还可以动手术。

这些治疗方案的效果，尤其是当癌症处于晚期或转移阶段时，不如现在使用的免疫疗法。2011年，美国食品和药物管理局批准了第一种免疫治疗药物。它成功治疗了转移性黑色素瘤患者。自那时起，又有七种免疫检查点抑制剂获得批准，目前已用于40种不同的恶性肿瘤。事实上，它们已经改变了许多肿瘤的一线和二线治疗模式。

在临床实践中，我们每天都能看到患者活得更好了——他们能够存活，并有希望再活一年。我认识一名患者，他今年73岁，不幸被诊断出患有恶性胸膜间皮瘤，而且是在转移阶段。他是一名矿工。澳大利亚有很多矿井，不幸的是，矿工大量接触石棉，而石棉是诱发这种恶性肿瘤的主要风险因素之一。在美国，间皮瘤是一种罕见癌症，而在澳大利亚，这种肿瘤的发病率相对较高。

与他交谈后，他表达的唯一想法是看到自己的孙子满周岁。这是他的梦想，也是他的希望。但同时，他也说他明白这不太可能。那一刻我真的很动容，因为我想起了6年前的自己，当时我也遇到了类似的情况，但我是一名确诊无法治愈癌症的患者的孙子。

幸运的是，这位先生接受了免疫治疗，现在仍然活着。他的孙子已经两岁了。他过着自己的生活，未出现任何副作用。他的应答状况良好，正在接受进一步的随访，我们希望他能够再活几年。对于一名确诊为转移性间皮瘤的患者来说，这确实是一个突破。

但大家必须明白：几乎每两个接受免疫治疗的人中，就有一个会出现与免疫治疗相关的不良事件。癌症是一种致命的疾病，因此每个人都在考虑治疗效果。我们需要治疗癌症，让肿瘤缩小。但与此同时，我们却忘记了这些药物的安全性问题。我们忘记了，每两名患者中就有一名有可能出现危及生命的免疫相关不良事件。

这说明了问题有多严重，我们绝对需要做点什么。我们需要建立某种临床风险算法。我们还需要建立生物标志物评分，因为如果我们能够在治疗前阶段（也就是治疗开始时）对其进行评价，我们或许能通过调整剂量或调整治疗方案来延长免疫治疗的持续时间。我们可以最大限度地减少患者出现副作用的几率。

这样，我们就能将免疫治疗变成一种“慢性治疗”，让癌症成为一种“慢性疾病”。患者所讨论的将不仅仅是1年生存期、5年生存期，而有10年生存期、20年生存期。这就是我们的目标。

03 您能介绍一下您协助启动的临床试验吗？试验的目的是什么？希望取得哪些成果？

这项试验是一项前瞻性研究。我们前瞻性招募符合条件的癌症患者，他们将接受免疫检查点抑制剂的治疗——通常是联合用药，即同时使用两种免疫检查点抑制剂。目前认为这类治疗方法非常有效。但同时，这些患者出现毒性的可能性也更大。我们决定选择这类患者，是因为他们更有可能发生免疫相关不良事件。

因此，我们前瞻性地招募了这些患者——从他们身上分离血液和组织样本，对他们进行随访，然后收集临床和病理数据。通过建立这个庞大的信息库（不仅包括临床数据，还包括生物样本），我们想知道是否能建立免疫治疗相关毒性的有效标志物。我们将10x Genomics的技术应用在这些患者的免疫细胞或组织上，这些细胞是在治疗前、第1周期后、第2周期后以及患者出现毒性时收集的，组织分离自原始肿瘤或免疫治疗相关结肠炎的发病部位。

我们能否确定免疫细胞群？我们能否建立基因或蛋白质特征，让它们在治疗前阶段为我们提供指导，让临床医生了解患者的预后？这可以帮助他们判断，“这名患者可能会出现这种类型的毒性。我们也许需要这样做或那样做，以防止将来出现这种情况”。

这样，我们就能延长免疫治疗的时间。患者接受免疫治疗的时间越长，癌症缩小到最小程度且不再生长的几率就越高。这就是这项研究的目标。目前，我们已经在西悉尼大学招募了250名患者。据我们所知，这是第一项此类研究，至少在西悉尼大学和我们工作的地区是如此。招募工作仍在进行中，我们希望到明年年中再招募50名患者。

一旦组建成300名患者的大队列，我们将继续使用10x Genomics提供的尖端技术，以证明我们的初步研究结果和试验数据。如果确实有效，它有可能改变免疫治疗领域，尤其是个性化免疫治疗。我们有望在治疗开始之前调整治疗方案，这样患者就有最大可能获得我们提供的治疗效果。

04 您提到10x Genomics的产品在您对这些临床样本的初步研究中发挥了重要作用。利用单细胞或空间转录组学技术，您有哪些最重要的发现？

当我们使用Visium技术进行试验性空间分析时，我们能够更好地了解恶性胸膜间皮瘤患者接受双重免疫检查点抑制剂治疗后的肿瘤微环境。有些患者在治疗后产生应答，有些没有。有些患者出现毒性，有些却不会。通过使用Visium，我们能够阐明肿瘤的完整基因表达。我们能够了解免疫细胞与肿瘤细胞之间的距离如何对这些患者的免疫治疗结局产生潜在影响。

我们还确定了一个独特的巨噬细胞群体。巨噬细胞是固有免疫细胞，分为两个不同的群体，即M1和M2。M1细胞起抗原呈递作用。它们对免疫系统有利。不过出于某种原因，还有另一个巨噬细胞群——就像好警察和坏警察。与M1不同，M2巨噬细胞群会在肿瘤中形成更多的纤维化结构。它们会限制T细胞进入肿瘤。它们为肿瘤建立了一种保护罩，这样免疫细胞就无法接触到肿瘤细胞，也无法攻击它们。我们很幸运地使用Visium确定了这个群体。之后，我们还使用了Chromium单细胞测序技术。通过Chromium，我们能够阐明这些巨噬细胞的独特特征，目前正在开展进一步分析。

在Westmead医学研究所，我们终于拥有了一台Xenium，这完全是另一个层次。它是免疫学研究中基础学科的未来。我们希望，一旦完成临床试验招募，我们将能够探索Xenium能为我们的研究做点什么，以及它如何帮助我们为癌症患者建立更加个性化的免疫疗法。

05 结合单细胞和空间技术来研究这些患者样本有哪些价值？

我最近在一场临床会议上做了报告，一位教授问我，“花这么多钱去做一件未知的事情——你不知道它是否有效，也不知道它是否能成功应用于临床实践或诊断，这么做的理由是什么？”

我向他解释说，通过单细胞分析，我们可以了解组织内的深度基因表达谱。通过空间分析，我们基本上可以将这种基因表达谱与组织进行比对。通过这两种分析，我们能定位肿瘤的哪一侧、哪些细胞以及哪些基因对免疫治疗的特定效果和结局负责。将这两种技术结合在一起，是为了给患者创造更美好的未来。

我们开展以患者为中心的研究。老式技术可探索和阐明单个标志物或几个基因的表达，但对于癌症来说，这可能还不够。我们需要做得更多。我们需要探索新的维度。我们需要开展多组学研究，以便充分了解特定患者发生了什么。

每个人都是独特的，每个基因组的组成也是如此。我们如此不同，但是又如此相似。如果我们能治疗每位患者，如果我们能对每位患者进行多组学表达分析，也许这能让我们对肿瘤有全新的认识。这将为我们提供新信息——我们如何利用现有的治疗方案为患者带来最大的潜在益处，让他们能够多活几年，让他们能够享受生活。

根据我们的经验，使用免疫检查点抑制剂治疗的费用很高。如果患者一年内接受12次或14次治疗，仅治疗本身就需要花费大约15万美元。一些患者会出现副作用，因此不得不停止免疫治疗。于是，我们只能寄希望于另一种药物，或者将患者推向另一个临床试验。

但如果我们在治疗前阶段就对患者进行自上而下的筛查，而不是花很多钱用目前最好的药物对患者进行经验性治疗。我们就能了解特定患者的具体情况，然后再决定这种药物或药物组合是否能让患者受益。这将为政府节省开支。更重要的是，它将为患者带来最大的潜在收益。

这就是我认为这些新技术、单细胞和空间技术、10x Genomics的技术对个性化医疗的未来至关重要的原因。也许它们目前还很昂贵。也许它们被认为是尖端的工具，可以做一些花哨的研究，并在顶级期刊上发表文章。但我认为这是未来诊断患者的方法，是未来实现个性化医疗的方法，也是未来延长癌症患者寿命的方法。

06 您提到您计划将Xenium纳入未来的研究中。您认为高分辨率的多重空间工具将如何让您的研究受益？您希望如何应用它，您会去寻找什么？

根据我们的初步数据，我们发现巨噬细胞和T细胞的一些独特亚群可能与某些副作用有关。我们要做的是从患上免疫治疗相关结肠炎的患者身上分离出结肠组织。我们想利用Xenium来了解发炎组织内发生了什么。

当患者患上免疫治疗相关结肠炎时，很不幸他们会出现多种不同的临床症状，但他们通常会被转到内窥镜诊所，因为免疫治疗相关结肠炎仍是一种排除性诊断。如果接受免疫治疗的患者突然出现腹泻，比如一天腹泻12次到15次，我们不能百分百肯定地说，“这就是免疫治疗相关结肠炎”。我们必须开出很多不同的检验单。我们需要把患者送到胃肠病医师那里或其他诊所，因为我们没有任何预测性标志物或有效的临床风险评分算法。我们需要先排除其他所有因素，然后说，“好吧，这很可能是免疫治疗相关结肠炎”。

然后，我们将患者送到内窥镜诊所进行结肠镜检查，看看结肠内的情况。通常在结肠镜检查过程中，他们会获得一些组织样本。他们将这些样本交给病理医师，病理医师在显微镜下观察，并发现结肠组织和粘膜层等存在一些病理差异。

现在我们有了这些组织，看看这些组织内到底发生了什么，对我们来说会很有趣，对吧？不仅仅是对几个标志物进行免疫荧光染色，而是观察整个斑块（比如说组织内的5,000种不同标志物），了解其中发生了什么——是否存在T细胞、巨噬细胞、B细胞或其他细胞与免疫治疗相关结肠炎存在关联。

这将为我们提供线索，告诉我们应该在血液中观察什么。因为如果我们最终想要建立一种用于临床的诊断方法，它应该是基于血液的，对吧？组织的采集非常复杂，而且并不是所有患者都乐意在治疗开始前进行侵入性的活检和筛查。这不是很方便，我们所做的一切都必须以患者为中心。我们必须做对患者最有益和最方便的事情。那么，最好是血液。

在结肠组织上开展Xenium分析——也许是60个或100个样本——我们将了解它是否能为我们提供线索，说明其中有哪些细胞。对于这些细胞，我们可以对血液进行研究，然后建立一种可靠的诊断算法，说明如何从一开始就预测出产生应答或形成毒性的可能性。这样，患者就能确切地知道，在接受免疫治疗的几个月或几年后，他们会发生什么情况。他们将了解自己存活的可能性以及将获得何种益处。

我认为这是医学的未来。我想，通过将尖端研究技术与人工智能相结合，将所有数据整合在一起，我们能够为这些患者建立一种新的预测算法。尽管这听起来不可能，但在50年前，没人认为转移性间皮瘤或黑色素瘤患者能存活5年。一位来自MD Anderson癌症中心的科学家认为这是可能的，他最终成为2018年诺贝尔奖的得主。因此，也许一切都始于梦想。

为了清晰起见，并考虑到篇幅限制，这篇访谈有所删减。我们非常感谢Shek博士激动人心的回答！

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