【医学课件】肿瘤免疫和免疫治疗

肿瘤免疫和免疫治疗 于益芝 刘秋燕 曹雪涛 第二军医大学免疫学研究所 医学免疫学国家重点实验室 Tumor Immunity Tumor Antigen Tumor Immunotherapy 一、肿瘤抗原 寻找和发现新型肿瘤抗原的技术得到了 快速发展 越来越多的肿瘤抗原在肿瘤的诊治中得 到了应用 寻找和发现新型肿瘤抗原的技术 1. Autologous Typing： 基本原理：患者血清通过补体介导杀 伤肿瘤细胞 最早采用的方法（PNAS，1978） 效率低，仅发现了数种肿瘤抗原 2. 生化技术： 洗脱 纯化 （HPLC） MHC I结合肽 自体CTL克隆 致敏肿瘤细胞 杀伤 得益于蛋白纯化技术的发展（Nature， 1990） 必须建CTL克隆，仅发现了数种肿瘤抗原 3. 以T细胞为基础的肿瘤抗原鉴定技术 得益于基因文 库技术的发展 （Science ，1991 ） 需构建CTL克隆 和肿瘤细胞株 4. 重组cDNA文库的血清学分析技术（SEREX ） cDNA噬菌体表达文库 受体菌 转膜 患者血清 二抗 阳性克隆 建库筛库 测序和分析 SEREX的特点（PNAS，1995） 克服了必须构建T细胞克隆的难题 高效，迄今已经通过此方法发现了 2000多种肿瘤抗原 4. 噬菌体库展示技术（Int J Mol Med,2000) 5.差异表达基因筛选技术（Science，1995 ） 6. 蛋白质组学相关技术（2004） 部分重要的肿瘤抗原及其产生机制 产产生机制肿肿瘤抗原肿肿瘤 致癌病毒产产物 人乳头头瘤病毒E6和E7蛋白宫颈宫颈 癌 EB病毒核抗原1（EBNA-1）蛋白EBV相关淋巴瘤、鼻咽癌 猿猴空泡病毒40(SV40) T抗原 SV40诱导诱导 的啮齿类动啮齿类动 物肿肿 瘤 基因突变变或（ 抑）癌基因产产 物 突变变的P53蛋白约约50%人类肿类肿 瘤 突变变的Ras蛋白约约10%人类肿类肿 瘤 过过表达的Her-2/neu乳腺癌等 糖基化蛋白 神经节经节 苷脂GM2和GD2黑色素瘤 正常组织组织 中的 隐隐蔽抗原 黑色素瘤抗原(MAGE)-1、MAGE -3 等 黑色素瘤等 色素分化抗原 Gp100 、MART 黑色素瘤 胚胎抗原 癌胚抗原(CEA)结肠结肠 癌等多种肿肿瘤 甲胎蛋白（AFP）肝癌 分化抗原 CD10、CD20B淋巴瘤 前列腺特异抗原(PSA)前列腺癌 二、肿瘤免疫和免疫逃逸机制 免疫平 衡状态 正相 调控 负相 调控 肿瘤局部微环境内的抑制性细胞亚群 调节性T细胞（regulatory T cells, Treg） 髓系来源的抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs） 肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages, TAM） 调节性NK细胞（regulatory NK cells） 调节性树突状细胞（ regulatory DC） 1.肿瘤调节性T细胞 tumor regulatory T cells,Treg 1975年提出抑制性T细 胞可能在肿瘤的发生发 展中发挥重要作用（ Immunol. Commun., 1975, 4, 201 217） （1）Treg在肿瘤免疫中的作用研究历史 1980年的实验研究首次 报道了抑制性T细胞对 抗肿瘤免疫功能的抑制 作用（ J Exp Med. 1980;151:69-80 ） 1990首次获得抑制性T 细胞克隆并明确提出体 内存在抑制性T细胞对 抗肿瘤免疫的抑制作用 （ J Immunol, 1990,145,2359-64） 1999年动物实验发现去 除Treg能增强抗肿瘤免 疫（ J Immunol. 1999;163:5211-8） 2001年发现患者肿瘤局部Treg数量增多（ Cancer Res. 2001 ;61:4766-72 ） 2003年动物实验证明Treg在肿瘤局部占优势 会促进肿瘤的生长（Proc Natl Acad Sci U S A. 2003;100(19):10902-6） 2004年证明人类肿瘤局部Treg数量与肿瘤的进 展和预后相关 （Nat Med. 2004;10:942-9） 2004年明确提出Treg在 肿瘤免疫的调节中发挥 着关键作用（J Exp Med，2004 ， 200：771-82） 2004年证明人类肿瘤局部Treg通过细胞间的 直接接触对效应T细胞的抑制作用（Immunity. 2004 ;20:107-18 ） Treg对NK细胞的抑制 Treg对NKT细胞的抑制 2005年证明Treg对肿瘤免疫的抑制作用发生 在肿瘤局部且逆转这种抑制作用即使对于晚 期肿瘤也具有治疗作用（J Exp Med，2005， 201：779- 91） 2005年提出并证明存在肿瘤特异性Treg （ J Immunol. 2005 ;175:5058-66 ， Blood，2005，106：1008-11） 2005年报道了靶向清除Treg临床应用项 目（J Clin Invest，2005：115：3623-33） 2006年后Treg在肿瘤免疫和免疫治疗中 的作用及其机制得到了深入研究（Nat Rev Immunol， 2006，6：295-307，J Immunol. 2007 ;178:2155-62 ） 2007-2008年针对Treg的肿瘤治疗思路的 改变（Nat Rev Cancer，2007：880-7，J Exp Med，2008，205： 825-39） 2009年Treg的作用得到进一步确认 Liu Z, Kim JH, Falo LD Jr, You Z. Tumor regulatory T cells potently abrogate antitumor immunity.J Immunol. 2009 May 15;182(10):6160-7 Beyer M, Schultze JL. Curr Pharm Des. Regulatory T cells: major players in the tumor microenvironment. 2009;15(16):1879-92 （2）肿瘤Treg的产生机制 一种肿瘤诱导的CD4+CD69+CD25- 调节 性T细胞发现和功能研究 肿瘤诱导CD4+CD69+CD25- 调节性T细胞产生 CD4+CD69+CD25- T细胞抑制CD4 T细胞反应 J Immunol, 2009 （3）肿瘤Treg抑制作用的机制 （4）针对肿瘤Treg的免疫治疗 depleting managing 非特异性Treg的清除（CD25 mAb、IL-2+白喉毒 素、foxp3 mRNA转染DC等） 特异性Treg 的清除 提高效应T细胞抗 Treg的抑制作用 的能力（A20- silenced DCs） 阻断Treg的 趋化和聚集 抑制Treg的 功能（针对 STAT3、IL- 10等） 抑制Treg的分化控制Treg的分化 方向 控制Treg的功能 联合生物治疗 Rech AJ, Vonderheide RH.Clinical use of anti- CD25 antibody daclizumab to enhance immune responses to tumor antigen vaccination by targeting regulatory T cells. Ann N Y Acad Sci. 2009 Sep;1174:99-106 2.肿瘤相关巨噬细胞 （tumor-associated macrophages, TAM） 巨噬细胞 M是体内功能最为活跃的细胞之一 表达数十种受体 产生数十种酶 分泌近百种生物活性产物 巨噬细胞的特点 巨噬细胞的来源 肺：肺泡巨噬细胞 肝：枯否（Kupffer）细胞 脾与淋巴结：游走与固定巨噬细胞 浆膜腔：胸、腹腔巨噬细胞 神经组织：小胶质细胞 骨：破骨细胞 关节：滑膜A型细胞 不同部位的巨噬细胞 与巨噬细胞功能相关的表面标志 MHC II类分子 FcR与CR 趋化因子受体 其他受体：如GM-CSF、M- CSF等的受体 巨噬细胞的分泌产物 种类 实例 补体 C1C9，B、D、I、H因子，C1抑制物 凝血因子 V、V、X、X因子，凝血酶原 酶类 各种中性蛋白酶，酸性水解酶，溶菌酶 生物活性酯类 花生四烯酸衍生物（前列腺素、白三烯等） 激素样物质促肾上腺皮质激素，内啡肽 细胞因子 IL-1、IL-3、IL-6，TFN-a,IFN-a,、FGF 反应性中间产物 活性氧、亚硝酸盐 其他 多种生长因子及刺激因子，嘌呤及嘧喧产物， 各种结合蛋白、连接蛋白及酶抑制物、 VitD3等 rested Mresponsive M stimulated Mactivated M 病原体 signal LFA-1 MHC-II 细胞增生 趋化，杀菌 提呈Ag， 激活LC， First signal: MAF/IFN-, MSF second signal: LPS/IFN-, MSF,CK, 12 The process of M activation 3 Biologic effects Biologic effects of M rested Mresponsive M stimulated Mactivated M suppressor M 病原体 signal LFA-1 MHC-II 细胞增生 趋化，杀菌 提呈Ag， 激活LC， 过度活化 适度活化 PGE 抑制免疫功能 杀瘤，杀菌 First signal: MAF/IFN-, MSF second signal: LPS/IFN-, MSF,CK, 12 3 The process of M activation 激活的巨噬细胞通过产生TNF及IL-1等效 应因子直接或间接杀伤肿瘤细胞 TAM通过产生肿瘤血管生长因子（tumor angiogenesis factor, TAF）等机制促肿瘤生 长和转移 国外医学：免疫学 分册. 1990年第13卷 第2期：60-65 巨噬细胞的分型 过敏性反应和寄生虫感染 介导Th2型活化和免疫调控 介导免疫调控，参与基 质沉积和组织修复 Paola Allavena，Antonio Sica，Cecilia Garlanda，Alberto Mantovani.The Yin-Yang of tumor-associated macrophages in neoplastic progression and immune surveillance。Immunological Reviews 2008. 222: 155161 （1）TAM的来源 表达低水平MHC-II 抗原呈递功能低下 分泌高水平的免疫 抑制性细胞因子如 IL-10和TGF-， 炎症性细胞因子IL- 12、IL-6、IL-1、 TNF的产生显著低 下 产生较低水平的NO 、ROIs等 （2）TAM的功能特点 TAM的功能作用具 有时相性和组织特 异性：在不同肿瘤 组织、同种肿瘤的 不同部位以及在同 一肿瘤的不同发展 阶段其功能亦有所 不同。 肿瘤组织内 肿瘤间质 肿瘤坏死缺 氧区域 正向 负向 （3）TAM的促瘤效应及相关机制 三羧氨基喹啉 氯膦酸盐 小分子非肽类特异性CXCR4拮抗剂 （4）针对TAM设计肿瘤治疗的策略和思路 3. 髓系来源的抑制性细胞 (myeloid-derived suppressor cells, MDSCs) 小鼠GR1+CD11b+DMSCs 人CD14-CD11b+ COX2（PTGS2）、PGE、SCF、 M-CSF、IL-6、GM-CSF、VEGF 扩增、募集 活化 IFN-、IL-4、IL-13、TGF- MDSC的扩增、募集和活化 Fas信号通过PGE2募集MDSC促进肺癌生长 Fas signal in lung cancer PGE2 MDSC recruitment promotes lung cancer growth Treg J Immunol. 2009;182:3801-3808 MDSCs促肿瘤效应 穿孔素 靶向MDSCs的肿瘤免疫治疗之一：促进 MDSC的分化成熟 全反式维甲酸（ATRA）、维生素D3 靶向MDSCs的肿瘤免疫治疗之二：抑制 MDSCs的扩增 扩增、募集 COX2（PTGS2）、PGE、SCF、 M-CSF、IL-6、GM-CSF、VEGF VEGF特异性阻断性抗体如avastatin 靶向MDSCs的肿瘤免疫治疗之三：阻断 MDSCs的功能 COX2 抑制剂、磷酸二 酯酶5抑制剂，如 sildenafil，能够下调 MDSCs 的ARG1和 iNOS的表达 靶向MDSCs的肿瘤免疫治疗之四：剔除 MDSCs 某些化疗药物能够直 接剔除MDSCs，如 gemcitabine 肿瘤局部微环境内的免疫抑制性因子 IL-10、IL-6、IL-4、IL-13、IL-1、TGF- 、GM-CSF、VEGF、SCF、M-CSF 趋化因子如CCL2、CCL5、CCL12、 CCL19、CCL20、CCL21等 PGE2、 iNOS、IDO及精氨酸酶 CTLA-4 CTLA-4） 热休克蛋白（HSP） T 肿瘤细胞产生的H