卡介苗（BCG）的简史：免疫治疗的成功案例 2021年11月新整理

卡介苗治疗膀胱癌是人类治疗肿瘤最成功的免疫疗法。卡介苗协调了强大的细胞免疫反应，涉及致敏T淋巴细胞、活化的巨噬细胞及其细胞因子，它们相互作用以杀死和阻止癌细胞的生长。卡介苗，一种用于预防世界大部分人口结核病的疫苗，是如何成为人类最常见癌症之一的标准疗法的？这是一个非凡的故事，以偶然的科学发现为契机，最终酝酿了良好的实验和临床研究，这是抗肿瘤史上转化医学的最好例子之一。与故事本身一样重要的是，通过了解过去，可以更好地理解和预见未来。

1. 卡介苗的起源

卡介苗的发现和发展可以追溯到100年前。分枝杆菌是一组微生物（包括结核分枝杆菌和牛分枝杆菌），统称为结核杆菌。这些生物体在哺乳动物宿主中引起肺结核。1908年，细菌学家阿尔伯特·卡米特（Albert Calmette）和兽医卡米尔·介林（Camille Guerin）在法国里尔的巴斯德研究所（Pasteur Institute）合作，开始了他们毕生的探索，即开发一种疫苗来对抗当时猖獗的结核病。这两名研究人员最初从一头感染牛的乳房中分离出一株牛分枝杆菌毒株（与人类结核杆菌密切相关）。分枝杆菌培养显示出强烈的聚集倾向。为了防止粘连，卡米特和盖林在由牛胆汁、土豆和甘油组成的培养基中培养了牛型结核杆菌。在这种培养中，牛分枝杆菌在动物体内的毒力逐渐丧失。到1915年，他们已经给几头牛注射了一种早期的菌株，证明对结核病有保护作用。1921年，在经过13年的231代传代后，在豚鼠身上的实验表明，致病的结核杆菌已发展为非致病的减活形式。这种独特的牛分枝杆菌菌株是以卡米特和介林命名的，这种疫苗被称为卡介苗（Bacillus Calmette-Guerin，BCG）。

 Camille Guerin (左) 与Albert Calmette  拍摄于1921年

1921年，Calmette和Guerin将初代BCG通过口服的方式给到一名婴儿体内，该婴儿的母亲死于结核病，其祖母也死于该病。婴儿没有出现疫苗的副作用，也没有感染结核病。从1921年到1924年，217名巴黎儿童接种了卡介苗并成功预防了结核病。在1924年公布这些结果后，巴斯德研究所开始大规模生产疫苗并将其分发给世界各地的众多制造商。1960年冻干批次的BCG问世时，这些原始菌株已经进行了1000次传代增殖。尽管多次传代后的菌株形成了不同的表型，但传代后的BCG仍保留了抗原效力。这些产品以其原产地和制造商的名字命名，包括丹麦，荷兰，葛兰素（英国），芝加哥（Tice），蒙特利尔（Frappier），多伦多（Connaught）和东京菌株，它们在全世界广泛使用。

2. 卡介苗与肿瘤

结核病在20世纪早期被认为具有抗肿瘤作用。1929年，Pearl在巴尔的摩约翰霍普金斯医院进行的一项尸检研究中报告，结核病患者的癌症发病率较低。他检查了死于各种恶性肿瘤的患者，并将其与癌症幸存者的年龄，性别和种族进行比对。他的研究发现，幸存者的活动性或治愈性结核病发病率高于死于癌症的人。相反，显示死于结核病的患者的癌症发病率显著低于类似匹配的对照受试者。于是Pearl得出结论，结核病和癌症之间存在一些相互对立。尽管Pearl无法解释其作用机制，但结核病和癌症之间存在某种联系已经被证实。

不幸的是，次年由于实验室事故，大量德国婴儿接种了被结核分枝杆菌强毒株污染的BCG制剂，许多儿童患上了结核病，70多人死于所谓的吕贝克灾难。据报道，这场事故被严重政治化，夸大了与BCG相关的危险，并削弱了BCG作为未来30年癌症治疗的积极性。

尽管受挫，过去的经验和未来的新发展将很快为癌症治疗带来新的契机。在19世纪80年代后期，许多癌症缓解的患者被发现并发细菌感染。1893年，纽约的William B.Coley试图使用细菌产品（Coley的毒素）诱导晚期癌症患者感染。随后检查了多种微生物，包括BCG。后来的实验动物变得可用，现代肿瘤免疫学从而得以发展。将肿瘤移植到同系动物中，促进了针对肿瘤的免疫反应的研究。到了20世纪50年代，已经有足够的时间让科学胜过政治，动物模型成功地推动肿瘤免疫学向前发展。

发掘BCG具有治疗癌症的潜能始于20世纪50年代后期纽约Sloan Kettering研究所Lloyd Old进行的具有里程碑意义的研究。他的研究表明，已感染BCG的小鼠对移植入体内肿瘤表现出较强的抵抗能力。由于免疫反应性的增强，可知BCG的作用是间接的，并且由宿主介导。发现BCG能够激活具有抑制或破坏癌细胞能力的巨噬细胞，并在小鼠模型中诱导肿瘤出血性坏死，这提供了BCG具有抗肿瘤作用的第一个直接证据。Old对肿瘤坏死因子的发现，也为BCG和其他微生物之间的反应提供了线索。

20世纪70年代，Burton Zbar在国家癌症研究中心进行了开创性研究，进一步证明了注射到动物体内的BCG具有抑制肿瘤的特性。当在肿瘤接种部位进行BCG接种时，可观察到肿瘤抑制现象。这种现象不是由于BCG的直接细胞毒性所致，而是由宿主对BCG的迟发型超敏反应型免疫应答介导的。Zbar还发现皮内注射BCG导致豚鼠皮内肿瘤消退，阻止淋巴结转移的生长和根除淋巴结微转移。Zbar进一步建立了BCG治疗肿瘤的原则，即BCG应与肿瘤细胞紧密接触，宿主能够对分枝杆菌抗原产生免疫反应，较低的肿瘤负荷和足量的BCG。

BCG在临床用于癌症治疗始于1969年，当时法国的Mathe报道了BCG作为急性淋巴细胞白血病辅助治疗，其结果令人兴奋。在1970年，美国的Morton观察到用BCG治疗的恶性黑素瘤可消退。1975年，deKernion等报道膀胱内分离的黑色素瘤通过膀胱内注射BCG成功治疗。这些报道引起了人们对BCG的极大兴趣，BCG被誉为有效的抗癌药物，并且使用BCG治疗肺癌，前列腺癌，结肠癌和肾癌。令人遗憾的是，在多种肿瘤的治疗中，BCG很快就被更有效的治疗所取代。但是迄今为止，BCG仍是膀胱癌的经典治疗药物。

3.卡介苗与膀胱癌

Coe和Feldman证实了BCG可诱发豚鼠膀胱强烈的迟发性超敏反应。后来Bloomberg等报道了犬膀胱肿瘤模型接受腔内BCG治疗的结果。基于这些研究，具有远见的加拿大泌尿科医生Alvaro Morales尝试在人膀胱中局部使用BCG，并且在1976年他发表了第一例使用BCG治疗浅表性膀胱癌的论文。

Morales于1972年设计了针对膀胱肿瘤的原始BCG方案。Morales选择了由Institute Armand Frappier（Montreal）制造的疫苗。通过尿道导管将120mgBCG注入50ml盐水中，再灌注到膀胱内。由于Frappier菌株被包装在6个独立的小瓶中，因此每周进行6次治疗，并且推测该时间表足以使患者产生免疫应答。使用Heaf枪进行皮内BCG划痕以评估治疗6周期间延迟的皮肤超敏反应，结果表明，这个时间表具有很好的科学性。

Morales得出必须进行3周以上的BCG治疗才能建立迟发性超敏反应。由于皮内划痕可耐受120 mg，Morales认为由于膀胱内停留1至2小时内尿液的稀释作用，这种高剂量（120 mg）优于低剂量（60 mg）。另外，研究人员也意识到批次之间的菌落形成范围也不尽相同。选择10例行膀胱肿瘤电切术后复发频繁的患者进行BCG灌注治疗。结果表明，BCG降低了7例患者的肿瘤复发率。灌注BCG后的膀胱组织活检显示出强烈的肉芽肿反应，其特征在于坏死区域周围多核巨细胞、单核细胞和组织细胞的聚集。

1978年，Morales基于7名患者的令人鼓舞的结果促使美国国立癌症研究院资助了2项随机对照试验，以测试联合BCG方案对浅表性膀胱肿瘤的有效性。两项研究均发现，与手术治疗相比，BCG显著降低了肿瘤复发的频率，证实了Morales的结果。确定了膀胱内灌注作为卡介苗的有效给药途径，废弃了皮下给药方式。Morales，Herr，Lamm等人随后的研究表明，BCG可以根除膀胱原位癌，延迟浅表性肿瘤进展为肌层浸润性肿瘤，提高了高危浅表性膀胱癌患者的生存率，并证明优于膀胱内化疗。1990年FDA批准BCG用于治疗浅表性膀胱肿瘤。距离首次报道40多年后的今天，BCG灌注治疗仍然膀胱癌的标准治疗方案。

4.卡介苗的适应症与研发展望

目前BCG的适应症包括：（1）预防结核病；（2）治疗哮喘性支气管炎及预防小儿感冒；（3）肿瘤的术前及术后辅助治疗；（4）治疗膀胱原位癌，预防Ta或T1期的膀胱乳头状癌术后的复发。

BCG在人类预防和控制结核病的长期斗争中贡献巨大，尤其对儿童严重结核病具有明显的保护作用。然而，由于BCG对于成人肺结核的保护力差异较大，且全球结核病患者数量下降缓慢以及多重耐药型肺结核病例的增多，亟需更有效的抗结核病疫苗。1992年由WHO牵头，诸多国际组织和著名专家制定了疫苗发展计划，其中BCG被列为改进疫苗。此后，基因技术的研发、免疫学和系统生物学研究的进展为新一代BCG的研发提供了机遇。

5.结语

膀胱内BCG灌注治疗浅表性膀胱癌的诊疗指南现已在全球范围内建立，这是一个非凡的壮举。尽管治疗的剂量，频率和持续时间仍有争论，但BCG治疗经受住了时间的考验，证明其优于其他药物，并且有利地改变了非侵肌层浸润膀胱癌的自然发展史。在过去的数十年中，由于BCG灌注治疗的出现，许多患者的膀胱得以保留，提高了生活质量并挽救了生命。笔者有理由相信在未来的医学发展与疾病治疗中，BCG将会继续书写精彩篇章！

参考文献
1. Calmette A and Guerin C: La vaccination preventive contre latuberculose par le “BCG”. Paris Masson 1927; 73: 79.
2. Pearl R: Cancer and tuberculosis. Am J Hygiene 1929; 9: 97.
3. Old LJ, Clarke DA and Benacerraf B: Effect of bacillusCalmette-Guerin infection on transplanted tumours in themouse. Nature 1959; 184: 291.
4. Zbar B, Bernstein ID and Rapp HJ: Suppression of tumorgrowth at the site of infection with living bacillus CalmetteGuerin. J Natl Cancer Inst 1971; 46: 831.

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