肿瘤免疫治疗的策略
2019/6/12 20:28:43 火行
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肿瘤的免疫治疗
肿瘤的免疫疗法是继肿瘤的手术治疗，放疗和化疗等治疗之后备受关注的治疗策略，该策略最大的优点在于具有很高的特异性。早在20世纪50年代，一些免疫系统不健全的实验动物和人体中某些肿瘤的发病率提高的现象使得Macfarlane Burnet提出了“免疫监视”的概念，认为免疫系统不仅能够直接摧毁肿瘤组织，而且也能够在转化细胞形成肿瘤组织前就识别和清除这些转化细胞。虽然此后很长一段时间内“免疫监视”的重要性一直存在一定的争议，但是可以肯定的是天然免疫和适应性免疫的确在清除肿瘤的过程中发挥着重要的作用，而免疫疗法正是希望通过增强机体免疫系统对肿瘤细胞的识别和应答能力和(或)解除机体所处的免疫抑制状态而达到消灭肿瘤的目的。
1、肿瘤免疫的一般特征
1.1肿瘤可以激活机体特异性的适应性免疫应答
临床观察和动物实验都表明虽然肿瘤细胞源于机体正常的细胞，但是肿瘤细胞依然能够象异源细胞那样激活机体的免疫反应。病理学研究显示许多肿瘤周围都浸润有包括T淋巴细胞，天然杀伤细胞(NK)和巨噬细胞在内的单核细胞，并且在肿瘤局部淋巴节中存在有活化的淋巴细胞和巨噬细胞(图1)
图1. 肿瘤组织中的淋巴细胞浸润
A. 乳腺癌 B.恶性黑色素瘤. 红色箭头指示的是肿瘤细胞；黄色箭头指示的是淋巴细胞
临床数据显示黑色素瘤，结肠癌和乳腺癌中的淋巴细胞浸润是预后良好的一个标识。世界上第一例显示肿瘤可以诱发机体保护性的免疫反应的研究发生于20世纪50年代(图2)。用化学致癌剂3-甲基胆蒽(methylcholanthrene, MCA)涂抹A小鼠的皮肤可以诱导A小鼠产生肿瘤，如果把MCA诱导的肿瘤从A小鼠体内分离下来并移植到同系的B小鼠体内，移植可以成功。但是如果把这些肿瘤细胞重新移植回A小鼠时却无法成功，因为A小鼠已经产生了对这些肿瘤的免疫性。并且，从A小鼠体内分离获得的T淋巴细胞可以消除B小鼠体内的肿瘤细胞。这些实验都显示了机体对肿瘤的免疫反应具有适应性免疫的特点，即特异性，记忆性以及需要淋巴细胞发挥主要作用。同时这些实验也提示机体对肿瘤的免疫反应主要是由T淋巴细胞介导的(图2)。
图2. 动物实验提示肿瘤免疫的存在
1.2机体的免疫应答常常无法阻止肿瘤的生长
虽然机体的确存在对肿瘤的免疫反应，但是机体的免疫应答常常无法彻底清除肿瘤。原因可能如下：①肿瘤细胞来源于正常的细胞，所以肿瘤细胞的免疫原性很微弱。能够较强的诱发机体免疫应答的肿瘤是一些病毒原癌基因导致的肿瘤，这些肿瘤产生的病毒蛋白是外源蛋白，致癌剂(例如3-甲基胆蒽)在实验动物体内诱发的肿瘤常常诱发机体中等强度的免疫应答，因为这些肿瘤中含有大量的突变；而机体自发产生的肿瘤常常只能诱发微弱的免疫应答，这种免疫应答微弱到甚至无法被检测出来，对这类肿瘤的研究常常会使得研究者对肿瘤免疫的概念产生质疑。②肿瘤的快速生长和转移可能可以对抗机体对它们的免疫应答。③许多肿瘤具有特殊的机制帮助它们逃逸机体的免疫监视。
二、肿瘤免疫治疗的策略
虽然肿瘤患者的免疫应答常常无法阻止肿瘤的生长，但是机体免疫系统彻底消除肿瘤的可能性鼓舞着科研工作者和临床医生在肿瘤免疫治疗领域开展了大量的研究。目前肿瘤免疫治疗领域已进入临床或正在开展的研究主要包括使用肿瘤疫苗、非特异性的免疫系统激活剂、细胞因子治疗、抗体和过继性细胞对肿瘤进行的治疗等。
2.1肿瘤疫苗
肿瘤疫苗主要是指利用肿瘤细胞或肿瘤抗原物质免疫机体，使宿主免疫系统产生针对肿瘤抗原的抗肿瘤免疫应答，从而阻止肿瘤生长、转移和复发。肿瘤疫苗包括很多种，例如肿瘤细胞疫苗、肿瘤多肽(蛋白)疫苗、树突状细胞疫苗、DNA疫苗肿瘤抗原等，表1列举了一些主要的肿瘤疫苗的类型。传统的以肿瘤抗原肽和佐剂对肿瘤患者进行免疫的方法仍然激活机体免疫应答的策略之一，近年来人们在树突状疫苗方面也取得了很大的进展。树突状疫苗是指分离肿瘤患者的DC，将其和肿瘤抗原共孵育，或者将表达肿瘤抗原的基因转染入DC，然后再把这些DC回输入肿瘤患者体内(图3)。例如基于此策略的细胞疫苗已被批准用于治疗前列腺癌。该疫苗是先从前列腺癌患者的外周血中分离DC，将DC在体外与GM-CS和前列腺酸性磷酸酶的重组融合蛋白共孵育，然后回输给病人。另一项肿瘤疫苗的设计策略是构建编码肿瘤抗原的病毒载体作为DNA疫苗。细胞疫苗和DNA疫苗都是最有效的诱导CTL的策略，因为这两种策略产生的抗原均合成于细胞质中，可以被MHC I类分子提呈。那些只在某一种肿瘤上表达的抗原不适合用于肿瘤疫苗的设计，因为它要求分离鉴定每一种肿瘤的抗原，这在实际操作中不太现实。而那些在多种肿瘤中均有的肿瘤抗原，例如MAGE,酪氨酸激酶，gp100以及突变的Ras和P53则比较适合作为肿瘤疫苗的候选分子。用疫苗来对肿瘤患者进行治疗的一个限制性因素是这些疫苗应答是治疗性疫苗而非仅仅是预防性的，而治疗性疫苗常常很难诱导足够强的免疫反应去清除所有的肿瘤细胞。
表1. 肿瘤疫苗的类型
疫苗类型
疫苗的准备
动物模型
临床实验
肿瘤死细胞
肿瘤死细胞+佐剂
肿瘤细胞裂解物+佐剂
黑色素瘤，结肠癌
肉瘤
黑色素瘤，结肠癌
黑色素瘤
纯化的肿瘤抗原
黑色素瘤抗原
热休克蛋白
黑色素瘤
多种肿瘤
黑色素瘤
黑色素瘤，肾癌，肉瘤
DCs
负载肿瘤抗原的DCs
转染了编码肿瘤抗原基因的DCs
黑色素瘤，B细胞淋巴瘤，肉瘤
黑色素瘤，结肠癌
前列腺癌，黑色素瘤，非霍金奇淋巴瘤，其它
多种肿瘤
细胞因子和共刺激因子增强的疫苗
转染了细胞因子或B7基因的肿瘤细胞
转染了细胞因子基因的APCs并负载了肿瘤抗原
肾癌，肉瘤，B细胞白血病，肺癌
黑色素瘤，肉瘤，其它
黑色素瘤，肾癌，其它
DNA疫苗
编码肿瘤抗原的质粒
黑色素瘤
黑色素瘤
病毒载体
腺病毒，痘苗病毒
黑色素瘤，肉瘤
黑色素瘤，前列腺癌
图3. 肿瘤细胞疫苗
肿瘤细胞疫苗的制备可以采用两种方式，一种是在分离的DCs中外源性表达肿瘤抗原，一种是将DCs和肿瘤抗原共孵育，使DCs负载肿瘤抗原。
预防性疫苗可以用于预防病毒引起的肿瘤。例如前面提到的HPV疫苗可以降低HPV导致的宫颈癌的发病率。这种方法在预防猫白血病病毒诱发的猫的白血病和疱疹病毒诱发的鸡的淋巴瘤，又称马立克氏病(Marek’s disease)方面非常的成功。
此外，针对肿瘤细胞表面缺少共刺激分子和MHC类分子的表达，从而只能诱发机体微弱的免疫应答的情况，可以制备外源性高表达共刺激分子或者细胞因子的肿瘤疫苗(图4)。
图4. 在肿瘤细胞中转染共刺激分子或细胞因子以增强肿瘤细胞的免疫源性
在动物实验中，外源性表达B7的肿瘤细胞可以诱发机体对肿瘤的特异性免疫应答，在临床实验中，分离获得病人的肿瘤细胞并在体外进行扩大培养，然后将表达共刺激分子的基因转染肿瘤细胞构建重组的肿瘤细胞，经过照射灭活后，将用这些重组的肿瘤细胞重新免疫肿瘤患者进行治疗。这种方法的优点是无需明确知道肿瘤抗原是什么。
2.2非特异性的免疫系统激活剂
肿瘤疫苗可以特异性的激活机体的免疫系统，同时一些非特异性的免疫刺激剂，如卡介苗，短小棒状杆菌，酵母多糖，香菇多糖和OK432可以非特异性的激活机体的免疫系统，这些物质在肿瘤免疫治疗中也备受关注。例如BCG能激活巨噬细胞从而促进巨噬细胞介导的对肿瘤的杀伤作用。而且BCG本身还具有免疫佐剂的功能可以激活T细胞对肿瘤抗原的识别。BCG目前正用于膀胱癌的治疗。
2.3细胞因子治疗
细胞因子也可以直接用于不同肿瘤的治疗(表2)。临床上使用最大的是高剂量的IL-2，它能够刺激T细胞产生其它细胞因子，如TNF,IFN-γ等，这些细胞因子可以作用于血管内皮细胞和其它一些类型的细胞。IL-2在黑色素瘤和肾细胞癌患者体内能够诱导10%的患者产生肿瘤消退，目前IL-2已被批准用于这两种肿瘤的治疗。IFN-α和化疗联合应用被批准用于黑色素瘤、淋巴瘤以及白血病等的治疗。其作用可能是抑制肿瘤细胞的增殖，提高NK细胞的细胞毒活性，提高MHC I类分子在肿瘤细胞的表达。其它一些细胞因子，如TNF,IFN-γ等在动物实验中表现出了良好的抗肿瘤效果，但是在临床实验中却诱发了严重的毒副作用，因而限制了它们在临床上的使用。造血生长因子括GM-CSF和G-CSF在肿瘤治疗中的主要作用是缩短化疗引起的中性粒细胞减少期或自体骨髓移植移植后引起的血小板减少期。
表2. 用于肿瘤治疗的细胞因子
细胞因子
动物实验中肿瘤是否消退
临床实验
毒性
IL-2
是
黑色素瘤，肾癌，结肠癌，阳性反应率<15%
血管渗漏，休克，肺水肿
IFN-α
否
已被批准用于黑色素瘤的治疗
发热，无力
TNF
局部消退
肉瘤，黑色素瘤
脓毒性休克综合征
GM-CSF
否
常规用于促进造血功能的回复
骨痛
注释：IL,白介素；IFN,干扰素；TNF,肿瘤坏死因子；GM-CSF，粒细胞，巨噬细胞，集落刺激因子
2.4抗体对肿瘤的治疗
单克隆抗体具有高亲和力、高特异性的特征，因而对于恶性肿瘤的治疗具有高度靶向性。自第一款单克隆抗体药物Rituximab被美国FDA批准上市以来，超过100种的单克隆抗体类药正在进行动物实验或临床实验，其中许多药物已获批用于肿瘤的治疗。单克隆抗体治疗肿瘤的机制有多种，主要包括①阻断癌变信号通路而影响细胞的增殖及凋亡，例如靶向ECRG的抗体-Erbitux被批准用于治疗结直肠癌及头颈癌；靶向Her-2的抗体-Herceptin被批准用于治疗Her-2阳性的乳腺癌；②阻断肿瘤的血管新生， 例如靶向VEGF-A的抗体-Avastin被批准用于治疗转移性结直肠癌、卵巢癌、非鳞状非小细胞肺癌、转移性乳腺癌、宫颈癌和恶性胶质瘤的治疗；③调节机体对于肿瘤细胞的免疫反应，例如程序性死亡受体PD-1的全人源单克隆抗体-Keytruda被批准用于不可切除的或转移性黑色素瘤、晚期或转移性肾细胞癌、转移性鳞状细胞非小细胞肺癌等的治疗。
近些年分子生物学及蛋白质工程的发展也使得嵌合性、人源化乃至全人源的单克隆抗体成为治疗癌症的新手段，特别是嵌合型抗体可以将高细胞毒性的抗肿瘤药物直接输送至肿瘤所在的微环境中。例如由抗HER-2的单抗与细胞毒性药物DM1组成的抗体药物偶联体-Kadcyla已获批主要用于HER2过表达细胞。
2.5过继性细胞治疗
过继性细胞免疫疗法是从肿瘤患者体内分离淋巴细胞，在体外进行扩大培养并使之成为具有抗肿瘤活性的细胞后回输回肿瘤患者体内。主要包括淋巴因子激活的杀伤细胞(LAK)、自然杀伤细胞(NK)、细胞因子诱导的杀伤细胞(CIK)、肿瘤浸润T淋巴细胞(TIL)、γδT细胞、自然杀伤T细胞(NKT)、CD3单抗激活的杀伤细胞(CD3AK)等。例如通过将来自肿瘤患者的外周血单核细胞在体外和高浓度的IL-2共培养形成LAK后，将LAK回输回肿瘤患者(图5)。此方法和化学药物的联合应用在荷瘤小鼠实验中取得了令人赞叹的消退实体瘤的结果。过继性LAK目前主要用于晚期肿瘤患者的治疗，其治疗效果具有个体差异性。过继性TIL也是过继性细胞治疗的热点。因为TIL中可能富含肿瘤特异性CTL和活化的NK细胞。目前过继性TIL主要用于黑色素瘤的研究。继TIL和LAK之后，嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor T cell, CAR-T)成为过继性细胞治疗的另一个耀眼的新星。CAR-T是通过基因工程技术，使能够识别肿瘤特异性抗原的受体表达在其表面的T细胞。嵌合抗原受体使得T细胞对肿瘤抗原的杀伤绕过了抗原提呈阶段以及MHC的限制性，使其杀伤活性得到最大化(图6)。
图5. 过继性细胞治疗
2012年，世界上第一例接受试验性CAR-T疗法的儿童患者艾米丽·怀特海德(Emily Whitehead)在接收CAR-T治疗后，癌症完全消失。2017年8月31日美国食品药品监督管理局批准诺华的CAR-T疗法Kymriah (tisagenlecleucel)上市，用于治疗急性淋巴细胞白血病，这是FDA批准的首款基因治疗药物。
图6. 嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)的治疗流程
主要参考文献
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作者简介
秦鑫，女，博士，现就职于湖北文理学院。
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