卡介苗治療膀胱癌是人類治療惡性良性腫瘤最成功的免疫療法。卡介苗協調了強大的細胞免疫反應，涉及緻敏T淋巴細胞、活化的巨噬細胞及其細胞因子，它們互相作用以殺死和阻止癌細胞的生長。卡介苗，一種用于預防世界大部分人口結核病的疫苗，是如何成為人類最常見癌症之一的标準療法的？這是一個非凡的故事，以偶然的科學發現為契機，最終醞釀了良好的實驗和臨床研究，這是抗惡性良性腫瘤史上轉化醫學的最好例子之一。與故事本身一樣重要的是，通過了解過去，可以更好地了解和預見未來。
1. 卡介苗的起源
卡介苗的發現和發展可以追溯到100年前。分枝杆菌是一組微生物（包括結核分枝杆菌和牛分枝杆菌），統稱為結核杆菌。這些生物體在哺乳動物宿主中引起肺結核。1908年，細菌學家阿爾伯特·卡米特（Albert Calmette）和獸醫卡米爾·介林（Camille Guerin）在法國裡爾的巴斯德研究所（Pasteur Institute）合作，開始了他們畢生的探索，即開發一種疫苗來對抗當時猖獗的結核病。這兩名研究人員最初從一頭感染牛的乳房中分離出一株牛分枝杆菌毒株（與人類結核杆菌密切相關）。分枝杆菌培養顯示出強烈的聚集傾向。為了防止粘連，卡米特和蓋林在由牛膽汁、洋芋和甘油組成的培養基中培養了牛型結核杆菌。在這種培養中，牛分枝杆菌在動物體内的毒力逐漸喪失。到1915年，他們已經給幾頭牛注射了一種早期的菌株，證明對結核病有保護作用。1921年，在經過13年的231代傳代後，在豚鼠身上的實驗表明，緻病的結核杆菌已發展為非緻病的減活形式。這種獨特的牛分枝杆菌菌株是以卡米特和介林命名的，這種疫苗被稱為卡介苗（Bacillus Calmette-Guerin，BCG）。
Camille Guerin (左) 與Albert Calmette 拍攝于1921年
1921年，Calmette和Guerin将初代BCG通過口服的方式給到一名嬰兒體内，該嬰兒的母親死于結核病，其祖母也死于該病。嬰兒沒有出現疫苗的副作用，也沒有感染結核病。從1921年到1924年，217名巴黎兒童接種了卡介苗并成功預防了結核病。在1924年公布這些結果後，巴斯德研究所開始大規模生産疫苗并将其分發給世界各地的衆多制造商。1960年凍幹批次的BCG問世時，這些原始菌株已經進行了1000次傳代增殖。盡管多次傳代後的菌株形成了不同的表型，但傳代後的BCG仍保留了抗原效力。這些産品以其原産地和制造商的名字命名，包括丹麥，荷蘭，葛蘭素（英國），芝加哥（Tice），蒙特利爾（Frappier），多倫多（Connaught）和東京菌株，它們在全世界廣泛使用。
2. 卡介苗與惡性良性腫瘤
結核病在20世紀早期被認為具有抗惡性良性腫瘤作用。1929年，Pearl在巴爾的摩約翰霍普金斯醫院進行的一項屍檢研究中報告，結核病患者的癌症發病率較低。他檢查了死于各種惡性惡性良性腫瘤的患者，并将其與癌症幸存者的年齡，性别和種族進行比對。他的研究發現，幸存者的活動性或治愈性結核病發病率高于死于癌症的人。相反，顯示死于結核病的患者的癌症發病率顯著低于類似比對的對照受試者。于是Pearl得出結論，結核病和癌症之間存在一些互相對立。盡管Pearl無法解釋其作用機制，但結核病和癌症之間存在某種聯系已經被證明。
不幸的是，次年由于實驗室事故，大量德國嬰兒接種了被結核分枝杆菌強毒株污染的BCG制劑，許多兒童患上了結核病，70多人死于所謂的呂貝克災難。據報道，這場事故被嚴重政治化，誇大了與BCG相關的危險，并削弱了BCG作為未來30年癌症治療的積極性。
盡管受挫，過去的經驗和未來的新發展将很快為癌症治療帶來新的契機。在19世紀80年代後期，許多癌症緩解的患者被發現并發細菌感染。1893年，紐約的William B.Coley試圖使用細菌産品（Coley的毒素）誘導晚期癌症患者感染。随後檢查了多種微生物，包括BCG。後來的實驗動物變得可用，現代惡性良性腫瘤免疫學進而得以發展。将惡性良性腫瘤移植到同系動物中，促進了針對惡性良性腫瘤的免疫反應的研究。到了20世紀50年代，已經有足夠的時間讓科學勝過政治，動物模型成功地推動惡性良性腫瘤免疫學向前發展。
發掘BCG具有治療癌症的潛能始于20世紀50年代後期紐約Sloan Kettering研究所Lloyd Old進行的具有裡程碑意義的研究。他的研究表明，已感染BCG的小鼠對移植入體内惡性良性腫瘤表現出較強的抵抗能力。由于免疫反應性的增強，可知BCG的作用是間接的，并且由宿主介導。發現BCG能夠激活具有抑制或破壞癌細胞能力的巨噬細胞，并在小鼠模型中誘導惡性良性腫瘤出血性壞死，這提供了BCG具有抗惡性良性腫瘤作用的第一個直接證據。Old對惡性良性腫瘤壞死因子的發現，也為BCG和其他微生物之間的反應提供了線索。
20世紀70年代，Burton Zbar在國家癌症研究中心進行了開創性研究，進一步證明了注射到動物體内的BCG具有抑制惡性良性腫瘤的特性。當在惡性良性腫瘤接種部位進行BCG接種時，可觀察到惡性良性腫瘤抑制現象。這種現象不是由于BCG的直接細胞毒性所緻，而是由宿主對BCG的遲發型超敏反應型免疫應答介導的。Zbar還發現皮内注射BCG導緻豚鼠皮内惡性良性腫瘤消退，阻止淋巴結轉移的生長和根除淋巴結微轉移。Zbar進一步建立了BCG治療惡性良性腫瘤的原則，即BCG應與惡性良性腫瘤細胞緊密接觸，宿主能夠對分枝杆菌抗原産生免疫反應，較低的惡性良性腫瘤負荷和足量的BCG。
BCG在臨床用于癌症治療始于1969年，當時法國的Mathe報道了BCG作為急性淋巴細胞白血病輔助治療，其結果令人興奮。在1970年，美國的Morton觀察到用BCG治療的惡性黑素瘤可消退。1975年，deKernion等報道膀胱内分離的黑色素瘤通過膀胱内注射BCG成功治療。這些報道引起了人們對BCG的極大興趣，BCG被譽為有效的抗癌藥物，并且使用BCG治療肺癌，前列腺癌，結腸癌和腎癌。令人遺憾的是，在多種惡性良性腫瘤的治療中，BCG很快就被更有效的治療所取代。但是迄今為止，BCG仍是膀胱癌的經典治療藥物。
3.卡介苗與膀胱癌
Coe和Feldman證明了BCG可誘發豚鼠膀胱強烈的遲發性超敏反應。後來Bloomberg等報道了犬膀胱惡性良性腫瘤模型接受腔内BCG治療的結果。基于這些研究，具有遠見的加拿大泌尿科醫生Alvaro Morales嘗試在人膀胱中局部使用BCG，并且在1976年他發表了第一例使用BCG治療淺表性膀胱癌的論文。
Morales于1972年設計了針對膀胱惡性良性腫瘤的原始BCG方案。Morales選擇了由Institute Armand Frappier（Montreal）制造的疫苗。通過尿道導管将120mgBCG注入50ml鹽水中，再灌注到膀胱内。由于Frappier菌株被包裝在6個獨立的小瓶中，是以每周進行6次治療，并且推測該時間表足以使患者産生免疫應答。使用Heaf槍進行皮内BCG劃痕以評估治療6周期間延遲的皮膚超敏反應，結果表明，這個時間表具有很好的科學性。
Morales得出必須進行3周以上的BCG治療才能建立遲發性超敏反應。由于皮内劃痕可耐受120 mg，Morales認為由于膀胱内停留1至2小時内尿液的稀釋作用，這種高劑量（120 mg）優于低劑量（60 mg）。另外，研究人員也意識到批次之間的菌落形成範圍也不盡相同。選擇10例行膀胱惡性良性腫瘤電切術後複發頻繁的患者進行BCG灌注治療。結果表明，BCG降低了7例患者的惡性良性腫瘤複發率。灌注BCG後的膀胱組織活檢顯示出強烈的肉芽腫反應，其特征在于壞死區域周圍多核巨細胞、單核細胞群組織細胞的聚集。
1978年，Morales基于7名患者的令人鼓舞的結果促使美國國立癌症研究院資助了2項随機對照試驗，以測試聯合BCG方案對淺表性膀胱惡性良性腫瘤的有效性。兩項研究均發現，與手術治療相比，BCG顯著降低了惡性良性腫瘤複發的頻率，證明了Morales的結果。确定了膀胱内灌注作為卡介苗的有效給藥途徑，廢棄了皮下給藥方式。Morales，Herr，Lamm等人随後的研究表明，BCG可以根除膀胱原位癌，延遲淺表性惡性良性腫瘤進展為肌層浸潤性惡性良性腫瘤，提高了高危淺表性膀胱癌患者的生存率，并證明優于膀胱内化療。1990年FDA準許BCG用于治療淺表性膀胱惡性良性腫瘤。距離首次報道40多年後的今天，BCG灌注治療仍然膀胱癌的标準治療方案。
4.卡介苗的适應症與研發展望
目前BCG的适應症包括：（1）預防結核病；（2）治療哮喘性支氣管炎及預防小兒感冒；（3）惡性良性腫瘤的術前及術後輔助治療；（4）治療膀胱原位癌，預防Ta或T1期的膀胱乳頭狀癌術後的複發。
BCG在人類預防和控制結核病的長期鬥争中貢獻巨大，尤其對兒童嚴重結核病具有明顯的保護作用。然而，由于BCG對于成人肺結核的保護力差異較大，且全球結核病患者數量下降緩慢以及多重耐藥型肺結核病例的增多，亟需更有效的抗結核病疫苗。1992年由WHO牽頭，諸多國際組織和著名專家制定了疫苗發展計劃，其中BCG被列為改進疫苗。此後，基因技術的研發、免疫學和系統生物學研究的進展為新一代BCG的研發提供了機遇。
5.結語
膀胱内BCG灌注治療淺表性膀胱癌的診療指南現已在全球範圍内建立，這是一個非凡的壯舉。盡管治療的劑量，頻率和持續時間仍有争論，但BCG治療經受住了時間的考驗，證明其優于其他藥物，并且有利地改變了非侵肌層浸潤膀胱癌的自然發展史。在過去的數十年中，由于BCG灌注治療的出現，許多患者的膀胱得以保留，提高了生活品質并挽救了生命。筆者有理由相信在未來的醫學發展與疾病治療中，BCG将會繼續書寫精彩篇章！