肿瘤免疫编辑课件

肿瘤免疫编辑肿瘤免疫编辑 黄 喆 研究背景研究背景 近年来,随着生物技术、免疫遗传学的不断发 展,人们逐渐认识到,在肿瘤的发生发展过程中, 免疫系统充当着双重作用。免疫系统不仅可以 识别和清除原发肿瘤细胞,同时又能够筛选出新 的肿瘤突变体。 与原发肿瘤细胞不同,这种新的肿瘤细胞突变体 表现出较低的免疫原性,不能被免疫系统识别而 逃避了机体免疫攻击。 肿瘤细胞在进行性形成实体瘤过程中肿瘤细胞在进行性形成实体瘤过程中 必须具备必须具备6 6个显著特点：个显著特点： 1.自主生长 2.对阴性生长调控信号不敏感 3.逃避细胞内在的凋亡信号 4.显示无限的复制潜能 5.具有促血管生成能力 6.侵袭性生长及转移的能力 肿瘤细胞第七项特点肿瘤细胞第七项特点 具有逃避免疫系统 识别与攻击的能力 免疫系统免疫系统-“双刃剑双刃剑” 肿瘤免疫编辑它反映 了免疫系统具有抵抗 肿瘤的保护性功能， 同时又对肿瘤具有塑 型作用-即对肿瘤 细胞实施免疫选择压 力，使弱免疫原性肿 瘤细胞得以逃逸并进 一步生长。 概念概念 免疫系统抑制肿瘤生长的同时肿 瘤的恶性程度逐 渐强化,这一过程被称作为“肿瘤免疫编辑 ”。 Schreiber和Dunn于2002年首次提出。 肿瘤免疫编辑的肿瘤免疫编辑的3 3个阶段个阶段“3E 3E 理论理论” 清除 Elimination 均衡 Equilibrium 逃逸 Escape 理化和生物等因素作用于理化和生物等因素作用于DNADNA 导致 DNA 损伤 DNADNA受到损伤的正常细胞都向肿瘤细受到损伤的正常细胞都向肿瘤细 胞转化吗？胞转化吗？ 细胞自身拥有DNA损伤 修复和保护 机制 免疫细胞可识别 、杀伤 、清除转 化 细胞（肿瘤细胞） 免疫清除免疫清除 是指机体免疫系统识别恶变的肿瘤细 胞,并且通过多种途径杀伤肿瘤细胞的 过程。 如果该阶段免疫系统成功地清除了生 长中的肿瘤细胞,则免疫编辑就此结束, 而不需进入免疫均衡和免疫逃逸过 程。 肿瘤 免疫逃逸 免疫清除 肿瘤消亡 免疫编辑 结束 免疫均衡 固有 免疫 巨噬细 胞 NK细胞 NKT细胞 树突状细 胞 T细胞 CD3+CD4+T细 胞 CD3+CD8+T细 胞 实验一实验一 Shinkai等用重组酶激活基因(RAG-2)敲除小鼠 研究发现,该鼠对甲基胆蒽(MCA)诱发肉瘤的发 生率与同株相匹配的小鼠相比明显增加 (P0.0001),而且肿瘤生长更快。 由于缺乏RAG,小鼠不能重组淋巴细胞抗原受 体,而导致T细胞、B细胞、NKT细胞和T细 胞缺陷,这表明这些细胞在免疫监视中起着关键 作用。 重组酶激活基因(RAG-2)敲除的小鼠是研究淋巴 细胞缺失与肿瘤之间关系的理想的动物模型.缺 失RAG-2(或其专性伴侣RAG-1)的小鼠体内其淋 巴细胞抗原结合受体基因不能重排,造成参与肿 瘤免疫监视的T细胞,T细胞,B细胞和NKT细 胞功能缺陷. 实验二实验二 Girardi等发现在T缺失或T细胞缺失的小 鼠其纤维肉瘤和梭形细胞瘤的发生率较正常野 生型明显升高,并发现T细胞是抵抗小鼠皮肤 癌的重要效应细胞,这可能与不同的T细胞亚 群的分布有关。 实验三实验三 Hicks等人研究证实,巨噬细胞通过产生活性氧 中间体和丝氨酸蛋白酶通过凋亡方式杀伤癌细 胞。 小结小结 在正常机体的免疫清除期,通过固有免疫和适应 性免疫细胞的识别、活化和增殖,各种细胞间的 直接和间接相互作用,实现对肿瘤细胞进行特异 性和非特异性杀伤,从而达到清除肿瘤细胞的目 的。 在这一过程中,抗肿瘤免疫关键分子则起到放大 和维持抗肿瘤免疫网络的作用,最终,通过穿孔 素与粒酶和TNF相关的诱导凋亡配体(TRAIL)等 杀伤“武器”将肿瘤细胞致于死地。在此过程 中,最为重要的一个关键分子就是IFN-。 研究证明NKT细胞、T细胞和NK细胞识别转 化的肿瘤细胞被激活后可产生IFN-。 实验四实验四 在应用IFN-受体的IFNGR1配体结合亚单位处 理或缺乏STAT1的小鼠,其MCA诱发的肿瘤是野 生型小鼠的1020倍,而且肿瘤发生更多、更快, MCA的剂量也低。在缺乏编码IFN-基因的小鼠 也获得上述同样的结果。 高云飞等通过利用骨髓嵌合重建T细胞完整的 小鼠研究证明,T细胞是提供早期IFN-来源的 免疫调节细胞,早期募集到肿瘤部位的T细胞, 通过产生IFN-,诱导局部产生趋化性细胞因子, 这些细胞因子招引更多的固有免疫细胞到肿瘤 部位,而这些细胞又产生IFN-和IL-2等细胞因 子,从而放大了抗肿瘤免疫网络。IFN-还能上 调肿瘤细胞的MHC类分子的表达,从而增强肿 瘤的免疫原性。 此外,IFN-还具有抗增殖、促进凋亡和血管钙 化等影响肿瘤生长的作用。IFN-/还能通过增 强P53肿瘤抑制基因机制防止细胞的恶性转 化。 直接毒伤肿瘤细胞的“致命武器”是穿孔素和 TRAIL （TNF相关的诱导凋亡配体）。 在缺乏穿孔素的小鼠用MCA诱发的肿瘤是野生 型小鼠的2至3倍,其自发性淋巴瘤也明显高于野 生型。 在用TRAIL和中和抗体处理过的小鼠用MCA诱发 肿瘤和缺乏TRAIL基因的小鼠发生的纤维肉瘤的 发生率要明显高于野生型对照小鼠。 在固有免疫细胞作用下,坏死和凋亡的肿瘤细胞 释放的抗原和其他因子,使得在肿瘤微环境中的 DC与其他细胞如NK细胞相互作用得以激活,激 活后的DC通过摄取肿瘤细胞碎片获得肿瘤抗原, 负载抗原的DC归巢至引流淋巴结,通过交叉提呈 诱导产生肿瘤特异性CD3+CD8+CTL和 CD3+CD4+CTL。 肿瘤特异性CTL迁移到肿瘤部位进行特异杀伤 肿瘤细胞。实验证明,在多数情况下,肿瘤特异 CTL是抗肿瘤的“主力军”。 免疫均衡免疫均衡 在肿瘤清除期,肿瘤细胞在各种免疫细胞和细胞 因子作用下,大多数肿瘤细胞被杀伤,少数肿瘤 细胞在免疫压力产生多种基因不稳定和突变,以 逃逸免疫细胞的“追杀”,尽管这些肿瘤逃逸群 丛变型(Tumor escape variants,TEV)仍会被免 疫细胞杀伤,但新的TEV又不断产生,并对机体抗 肿瘤免疫具有更强的耐受性。免疫相持期的结 果一方面是免疫细胞将不同变异的肿瘤细胞全 部杀光,另一方面则产生了弱免疫原性的TEV的 新的肿瘤克隆。 Dunn等将此称之为肿瘤的免疫重塑。 实验五实验五 Shankaran等从17只野生型小鼠中分离出的肿 瘤移植到免疫功能正常的129/SvFv个体中均能 生长,而从20只RAG-2-/-缺陷型小鼠分离的肿瘤 移植到免疫功能正常的小鼠中,有8例未能生 长。 这表明从细胞免疫缺陷小鼠分离到的肿瘤细胞 比从免疫功能正常的小鼠中分离出的肿瘤细胞 更具有强的免疫原性。 实验六实验六 Mackie报告,在接受同一供者的两位肾移植患 者,术后1年2年内均发生转移性黑色素瘤,而两 位患者无黑色素瘤病史,随访后分析发现,供者 在死亡之前16年时进行过原发性黑色素瘤手术 治疗,在供肾前为无瘤生存。在器官移植受者进 行免疫抑制剂治疗,可促进移植物内转移性肿瘤 的迅速生长。这些资表明在具有免疫能力供者 体内肿瘤与免疫系统处于均衡期,肿瘤可能处于 休眠状态,但植入处于免疫抑制的受者体内,休 眠的肿瘤便无约束地生长起来。如果免疫细胞 和免疫分子不能全部杀死肿瘤细胞,免疫系统和 肿瘤相互作用进入相持状态,则称为免疫均衡 期。 免疫逃逸免疫逃逸 在肿瘤发展过程中,大多数转化细胞在免疫清除 期即被杀灭。少数肿瘤进入时间长短不一的相 持期,随着肿瘤细胞在免疫压力下不断演化而产 生TEV(Tumor escape variants,TEV),使得免疫 细胞无法识别和清除,加上机体免疫功能的损害 和减退,最终形成临床可检出的肿瘤,即为免疫 逃逸期。 肿瘤免疫逃逸的原因主要为两个方面,即肿瘤和 宿主免疫系统。 肿瘤方面主要有某些肿瘤细胞抗原加工和提呈 途径缺陷,逃避CTL细胞的识别。 部分肿瘤细胞因IFN-受体信号传导途径的缺陷 或异常而对IFN-无反应,因而不能上调MHCI类 分子的表达。经过免疫重塑的肿瘤细胞大量产 生免疫抑制性细胞因子如TGF-、VEGF和IL-10 等。 一些肿瘤细胞还分泌可溶性NKG2D配体,下调免 疫细胞上的NKG2D受体,以减弱淋巴细胞介导的 细胞毒作用。 肿瘤细胞还大量产生乳凝激素和吲哚胺双加氧 酶抑制T细胞增殖和反应。 还有些肿瘤细胞通过不同途径阻碍DC成熟。 也有些肿瘤细胞低表达Fas,减弱对Fas途径介导 的细胞溶解的敏感性,并通过表达Fasl诱导致反 应性T细胞凋亡。 肿瘤细胞通过上调MHC Ib抗原也可抑制NK细胞 和T细胞的细胞毒作用,肿瘤细胞通过分泌的 MMPS(基质金属蛋白酶)裂解MICA（major histocompatibility complex class I chain- related gene A）和不表达MIC与LBP阻止对表 达NKG2D的CD8+T细胞和NK细胞的激活。 宿主方面:除了CD4+CD25+T细胞增多和经过肿 瘤细胞作用不成熟的髓细胞和DC的免疫抑制作 用外,肿瘤患者和老年人固有免疫和适应性免疫 细胞通常存在数量减少和功能缺陷或减退,如细 胞信号传导缺陷等。 老年人初始末梢血T细胞从310*9减少至 710*8,抗原识别库多样性从10*8减至10*6,记 忆T细胞增加,但对抗原反应能力减弱,CD28- CD8+比例增加,这也可能是老年人易患肿瘤原 因之一。 肿瘤免疫治疗一肿瘤免疫治疗一 适应性免疫细胞治疗 高亲和性肿瘤特异性T细胞的制备方法已日趋 成熟,肿瘤特异性T细胞治疗将是肿瘤细胞免疫 治疗的主要手段。在肿瘤部位注射T细胞、 树突状细胞和巨噬细胞也可诱导体内产生肿瘤 特异性T细胞。 肿瘤免疫治疗二肿瘤免疫治疗二 固有免疫细胞治疗 利用成熟和不成熟的DC静脉回输和皮下、淋巴 结以及瘤内注射,NK细胞、NKT细胞和T细胞 静脉回输和瘤内局部应用,一方面可以直接杀伤 癌细胞,弥补MHC限制性杀伤的不足,二是通过补 充各种的免疫细胞之间的相互作用和细胞因子 的作用,增加和健全体内抗肿瘤免疫网络的功 能。当然,如有可能,尽量固有免疫和适应性免 疫细胞联合应用。 肿瘤免疫治疗三肿瘤免疫治疗三 IFN-、IL-12和IL-2等细胞因子应用,其目的就是 增强和增加固有免疫和适应性免疫细胞的活性 和数量,启动和维持抗肿瘤免疫网络的作用。 BCG、OK432和香菇多糖等生物应答调变剂使 用也是激活体内各种抗肿瘤免疫效应细胞,或使 一些免疫细胞进入肿瘤部位进行有效杀伤肿瘤 细胞。 附录一附录一 MICA （major histocompatibility complex class I chain-related gene A）基因是MIC基因 家族的一个成员表达MICA抗原。MIC是非经 典的HLAI类链相关基因家族。位于6号染色体 MICA和MICB为其功能基因，两者有80的同 源性。最近的研究发现，MICA抗原在移植免疫 中作用重大。 附录二附录二 MICA和MICB是MIC(MHC class chain-related Gene)家族的功能性基因,属于非经典的HLA- 类基因,且具有较高的多态性.它们只在正常的 胃肠道上皮和大多数上皮性肿瘤细胞表达. MICA/B为NKG2D的配体,与NKG2D/DAP10结合, 激活NK细胞等发挥免疫监视作用;并且发现 MICA/B与某些自身免疫性疾病(如阿狄森氏 病、白塞氏病等)存在一定的相关性. NATURAL-KILLER GROUP 2, NATURAL-KILLER GROUP 2, MEMBER D (NKG2D)MEMBER D (NKG2D) NKG2D是较为独特的NK细胞活化性受体，其配 体具有多样性，因而其识别机制较独特；其表 达范围不仅局限于NK细胞，还在T细胞、巨噬 细胞、树突状细胞中有表达，功能上，不仅有 直接刺激作用，还能作为协同刺激分子传递第 二信号。NKG2D及其配体的研究对抗肿瘤免 疫、抗感染免疫、自身免疫病的认识具有重要 意义。 附录四附录四 适应性免疫细胞：主要是T细胞和B细胞，参与 体内的特异性免疫过程，比如Th细胞致敏、细 胞毒作用、抗体生成等。 固有性免疫细胞：主要参与体内非特异性免疫 过程，主要有单核-巨噬细胞、中性粒细胞（粘 附、浸润）、嗜酸性粒细胞（对抗寄生虫）、 NK细胞、NKT细胞、T细胞等。红细胞、血 小板也参与免疫反应。 附录五附录五 STAT1，信号转导和转录激活子1(signal transducers and activators of transcription 1) STAT1 是连接多种细胞膜受体与选择性效应器 之间信号转导的主要蛋白质,在细胞因子调节网 络中起着重要作用。 干扰素干扰素G G受体受体1 1 1957年Isaacs与lindenmann发现一种能干扰病 毒在宿主细胞增殖的蛋白质-即干扰素 (Interferon:IFN),分为型干扰素和型干扰素 两大类.型IFN家族包括IFN-,IFN-.IFN-和 IFN-的分子有序列同源性,共用相同的细胞表 面受体,并且有类似的功能.型IFN又称为免疫 干扰素或-干扰素(IFN-),是一种同源二聚体糖 蛋白,其亚单位多肽的分子量为2124KD.IFN生 物效应的发挥,需要跟相应的信号受体结合.根 据IFN的分类,干扰素受体(INFR)分为:结合型 干扰素的型干扰素受体和结合IFN-的型干 扰素受体。 TRAILTRAIL TNF相关的凋亡诱导配体（TNF-related apoptosis-inducing ligand,TRAIL)，属于TNF超 家族成员，与Apo-1L(FasL)有较高的同源性， 又称为Apo-2L。TRAIL有两类受体，一类是死 亡受体，如DR4和DR5，TRAIL与DR4或DR5结合 可以诱导细胞凋亡；另一类是“诱骗”受体， 如DcR1、DcR2，可以竞争性地与TRAIL结合， 逃避或抑制TRAIL诱导的正常细胞损伤。TRAIL 及其受体的发现为肿瘤的治疗提供了一个新的 方向。 RAG2( RECOMBINATION RAG2( RECOMBINATION ACTIVATING GENE 2)ACTIVATING GENE 2) RAG1 and RAG2 are two proteins necessary for immunoglobulin and T-cell receptor gene recombination. RAG stands for recombination-activating gene. RAG1 and RAG2 work closely together in receptor gene recombination. Therefore, immunologists often refer to the two proteins together as RAG protein. RAG1 and RAG2 make up the lymphoid-specific parts of V(D)J recombinase, a complex of enzymes that work together to join gene segments of B-cell and T-cell receptor genes (Janeway et al., 2005). All species that carry out V(D)J recombination have RAG1 and RAG2, and the expression levels of RAG1 and RAG2 correlate directly with V(D)J recomb