人类肿瘤免疫与治疗的进展

1、 课程名称：高级生物化学 专 业：细胞生物学 指导老师：教授 年 级：2011级硕士 姓 名： 学 号：insight progress 人类肿瘤免疫与治疗的进展Steven A. RosenbergDivision of Clinical Sciences, National Cancer Institute, Building 10, Room 2B42, 10 Center Drive, MSC 1502, Bethesda, Maryland 20892-1502, USA给黑色素瘤或肾细胞癌患者服用interleukin-2实验研究显示免疫治疗能使转移性癌消退。恶性肿瘤抗原的分子鉴定

2、已经在发展免疫治疗方面为癌症患者开启了一扇新的窗户。临床研究接种从癌抗原中分离出来的免疫多肽能提高癌症患者体内的淋巴抗癌活性。高活性抗癌淋巴球从被免疫过的病人体内分离出后体外培养，然后用于癌细胞转移治疗。目前的研究目的在于弄清楚癌细胞是如何逃脱免疫系统的攻击的。在备受称赞的二十世纪，关于肿瘤的免疫治疗的研究在免疫学中仍处于边缘地位。高度怀疑人体中是否存在对肿瘤的免疫响应以及对可转移鼠类肿瘤研究获得的信息是否适用于人类。 British Journal of Cancer上一篇被广泛引用的文章报道称小鼠对27种自发癌症都没有免疫反应的证据，并推断肿瘤的移植需要与人工免疫相关的病毒或化学感应。另一

3、个对肿瘤免疫治疗的观点时：对肿瘤的免疫弄掉左耳同时保持右耳完好无损就像一样困难。在过去的15年，随着以tumourhost相互作用为基础的分子层面信息的增加，情况已经发生了很大的改变。随着生物技术的日益成熟，在细胞免疫学基础研究方面信息的积累已经使得一些生物试剂在药理学总量上可运用，并在发展有效的免疫治疗方面为癌症患者开启一个非同寻常的的可能性。此外，能参与免疫反应并形成含有编码肿瘤抗原基因重组载体的转基因细胞已经用于肿瘤的早期基因治疗。在过去的二十年关于人类癌症的免疫治疗的进展方面的四个问题在这片综合中将会讨论，人类免疫治疗能消退癌症吗？什么是参与人类抗原的免疫识别？抗肿瘤T细胞能通过肿瘤抗

4、原免疫在病人体内产生吗？体内产生了抗肿瘤T细胞却仍然限制肿瘤消退的机理是什么？免疫治疗有效吗？第一次明确表示免疫治疗能引起已确立转移性癌症的消退是用给黑色素瘤或肾细胞癌患者服用interleukin-2（IL-2）试验中。 IL-2是人类辅助型T淋巴细胞产生的一种细胞因子，它具有免疫调节保护作用，如被特定抗原活化后淋巴细胞的扩张。 IL-2对癌细胞没有直接作用，高浓度IL-2对在试管中生长的癌细胞毫无作用。因此，在生物体内IL-2能增强抗肿瘤淋巴细胞的活性。选一些黑素瘤,肾癌以及非霍奇金淋巴瘤的患者服用大剂量的IL-2，发现其能够消退甚至大块的、已扩散的肿瘤。这些初步的研究表明：这些已经转移的

5、癌症患者中有15 - 20%的患者持续一个比较客观的癌症消退(50%总体减少),这些病人中的一半转移瘤完全消退。在另一个IL-2处理409个患者的研究中,对8.1%患有转移性黑色素瘤和肾脏癌的病人完全有效，9%的部分有效。在平均7.1年的回访调查中,这些完全有效的病人中有82%从开始治疗算起3-12年以上仍在持续、完全的消退(图1),并且其中许多人可能已经康复。在对来自22个机构的255个转移性肾癌患者和270个转移性黑色素瘤患者的研究中取得了相似的结果。这些研究表明：这种相对简单的免疫治疗可以治愈人类多种器官的癌症，并在分子水平上更好的理解这些复杂的抗肿瘤免疫过程。 Figure 1 Com

6、plete regression of a large liver metastasis from kidney cancer in a patient treated with IL-2. Regression is ongoing seven years later人体癌症的哪个抗原被免疫识别？多种动物实验研究表明：细胞免疫是抵抗肿瘤转移与器官移植（基因不同）的原因，而不是体液免疫。除了作用于癌细胞中生长因子受体的抗体，使用抗体对体内肿瘤的生长已经没什么作用。因此，将精力投入人类T淋巴细胞对抗原的识别是有意义的。CD8+cytotoxic T cells 和 CD4+T-helper ce

7、lls都能在人类白细胞抗原分子表面的小肽片段处于最佳状态时识别抗原提呈。CD8+细胞能通过细胞表面一类HLA分子识别胞内细胞质蛋白消化后的的8-10个氨基酸的多肽，相反，CD4 +细胞使用一个不同的途径呈递被吞噬的胞外蛋白，在胞内核仁小体消化多肽后呈递给细胞表面的二类HLA分子。因此，T细胞对抗原的识别包括多肽类的识别和特殊HLA分子的识别。这些抗原处理不同的途径需要分离技术的发展来确定免疫抗体，可是这些都依赖于T淋巴细胞具有识别人体癌细胞的能力。许多被CD8+识别的抗体通过将互补DNA从癌细胞转入靶细胞从而产生HLA分子之后用抗癌T细胞去证实的方法已被证实。另外，从人体癌细胞表面洗脱下来的多

8、肽或HLA分子能被脉冲到抗原呈递细胞(APCs)并与用特定的抗肿瘤淋巴测试反应活性，对这些多肽纯化测序后就就可以确定前体蛋白。第三种通常称为“反向免疫学”的方法已经被成功应用到确定只在癌细胞表达的可疑蛋白并作为癌细胞抗原挑选出来。体外致敏技术被用来产生针对具体可疑抗原的T细胞,如果这些T细胞能特异性识别未受损的人体癌细胞，那么这个可疑蛋白就是癌细胞抗原。另一个被称作SEREX的技术是基于假设产生的抗体对抗需要辅助者T细胞的抗原。来自癌症患者的稀释血清用于检测癌细胞cDNA编码的蛋白在原核细胞中的表达。因为识别人体黑色素瘤的T细胞产生较易,所以到目前为止绝大多数人类肿瘤抗原的确定都是源自这个肿瘤

9、类型,但是上皮组织肿瘤的许多抗原已被证实。被CD8+细胞识别并呈递给一类HLA分子的抗体在Table 1列出。对被CD4 +细胞识别的人体癌细胞二类抗原的了解不如一类抗原。使用普通技术给靶细胞转化cDNA是没用的，因为蛋白的编码不经过二类途径，但有一个涉及cDNA库筛选的新技术具有广泛运用的潜力，融合编码不变链基因序列从而引导被转化的蛋白进入二类途径。通过把融合载体转化到改造的含有二类途径分子的APCs，许多CD4 + T细胞识别的新的人类肿瘤抗原已经被证实。这些二类途径癌细胞抗原的例子在Table 1列出。 关于癌症的传染性和发病率之间的关系有越来越多的证据。许多与肿瘤发生相关的病毒表示诱发

10、癌的蛋白质可作为免疫攻击目标(Table 2)。因此,乳头状瘤病毒引发的宫颈癌E7和E6抗原决定簇，淋巴瘤EpsteinBarr virus (EBV)和作用于成人T淋巴细胞的人体T细胞吞噬病毒-1的抗原是两种不同癌细胞抗原的代表。在治疗癌症时，对这些抗原的免疫或许是有效的,并且消除这些有传染性的病原或许也是一个预防癌症的方法。 已知许多不同的细胞内蛋白质是人类肿瘤抗原。Stoler et al估计在癌细胞中有11000个基因发生改变，基因组这样不稳定性给癌症抗原通过蛋白质的过表达或蛋白质突变所表达途径的发展提供了多种机会。血液系统的肿瘤很独特，它并不同大多数产生在固体组织的癌(本文的主题)。

11、在产生抗体时，B淋巴细胞可以表达通过基因重组产生独特的抗体。因为每个B细胞克隆都能引起淋巴瘤作为一个肿瘤抗原表达其特异基因。接受骨髓移植白血病患者的移植物抗宿主（宿主反应）可以与移植物抗肿瘤联系起来，提高化疗效果（关于这个问题见Appelbaum的文章,第389 - 385页)。这种抗原充当免疫攻击目标还没有清楚地证实。在过去的十年我们已经了解了很多的癌症抗原，发现都表现出Box1中的四个原则。 能通过免疫在病人体内抗肿瘤T细胞产生吗？癌症的免疫疗法是要么主动免疫要么被动转化，而癌症抗原的识别对这两个区域有影响。被动的方法涉及具抗肿瘤活性的免疫细胞的转移。 Landsteiner and Ch

12、ase第一次利用局限的过敏细胞描述动物间转化的迟发型过敏反应。早期在小鼠体内的肿瘤免疫的研究表明：对肿瘤的特异性免疫可用被免疫的捐赠者脾或腹膜腔淋巴细胞转移到正常小鼠。在做人体肿瘤抗原的识别前的人类早期研究中,体外转入肿瘤患者的无人类白细胞抗原限制能力的LAK能识别并裂解癌细胞。尽管LAK细胞对实验动物的微转移病灶的治疗效果明显，但在人体的临床实验结果却令人失望。培养大量来自切除肿瘤肿瘤的侵润淋巴细胞(TILs)这一技术的应用使得T细胞能特异性识别来自约1/3的黑色素瘤患者的抗体。,当过继后和白细胞介素-2（IL-2）一起转移到黑色素瘤患者体内,TILs可以增加到1010 - 1011个细胞，

13、导致大约35%客观疗效指标(参考23、24)。IL-2单独处理时客观恢复率达到两倍，并且对只有IL-2难以治疗的患者也是。其他的研究中,过继转移淋巴组织增生或淋巴瘤患者体内新生地或人工培养的淋巴细胞可使得肿瘤消退。对已确定癌症抗原的患者成功免疫促进体外产生并扩大用于免疫治疗抗肿瘤T细胞。选择抗肿瘤高活性的单一淋巴细胞大量克隆，这样不仅可能产生新的被动免疫疗法,而且提供了一种识别准确的介导肿瘤的排斥反应的细胞特性的方法。通过改变这些淋巴细胞的基因(比如,通过插入编码抗肿瘤或细胞因子受体的基因，或者编码抗肿瘤细胞因子的基因)来改进他们的抗肿瘤效果正在积极的研究。主动免疫在天花和小儿麻痹症等传染性疾

14、病上的成就给癌症病人通过主动免疫预防或治疗疾病提供了希望。在人类肿瘤抗原识别之前,癌症疫苗免疫接种方法也取决于自体或同种异体整个癌细胞或癌症细胞提取物的免疫(Box2)，但这种方法被存在于正常细胞内极少量的癌症抗原分子所限制。已经尝试各种不同的方法来提高整个肿瘤细胞免疫原性,包括在多种辅助剂作用注射这些癌症细胞,或用编码如granulocyte-macrophage colony-stimulating factor、肿瘤坏死因子或干扰素等细胞因子的基因转化癌细胞。只有有限的证据证实这些方法在人体可以产生能识别未受损肿瘤细胞的T细胞。 人类肿瘤抗原的识别已经有了新方法-发展癌症疫苗(Box2)

15、。来自未突变的分化抗原的抗原决定簇虽然在细胞中常大量出现，但对HLA分子常表现出很低的亲和性。突变的抗原决定簇通常对HLA分子表现出高亲和力,但通常是来自在癌细胞中表达相对较差的蛋白质。需要用每种不同类型的抗原做临床试验来确定哪些对介导抗肿瘤免疫作用是最有效的。用于分析评估抗免疫作用前后抗肿瘤免疫淋巴细胞的响应的多重实验结果已获得。免疫状况的评估常局限于循环的淋巴细胞或淋巴结淋巴细胞,而不是肿瘤位点的淋巴细胞。编码肿瘤抗原的基因的在大肠杆菌、酵母菌或杆状病毒重组表达能产生大量用于免疫治疗的单一癌症抗原,尽管产生适合人体使用的重组蛋白难度和费用在很大程度上限制了这种方法的运用。许多研究都使用编码

16、肿瘤抗原的重组病毒包括腺病毒,牛痘苗病毒、禽痘病毒31-33 免疫,但只有很少用这些方法产生抗肿瘤T细胞的报道,这或者是由于存在于大多数人体内抵御反病毒载体包膜蛋白的中和抗体的存在。当前很多研究强调重组禽痘病毒病毒的使用,因为人类之前没有接触过这些病毒和并且这些病毒在人体组织不能复制。为了防止可能对病毒包膜蛋白的免疫,运用一种将编码癌症的抗原的裸露基因直接注射到皮肤或肌肉的交替免疫方法。活体转化DNA的低效率限制了对肿瘤抗原产生免疫响应的利用价值,尽管对致病原成功免疫已有报道。关于人类试图用刺激像树突细胞或朗格汉斯细胞等抗原呈递细胞免疫应答产生癌症疫苗的信息在不断增加。这些尝试有用APCs与肿

17、瘤抗原、肿瘤裂解物或tumour-derived肽脉冲重组，或者用重组病毒或RNA去感染。最近已经有免疫融合整个肿瘤细胞的树突细胞的报道。 基于T细胞能识别肿瘤细胞表面的多肽提出使用来自肿瘤抗原免疫优性肽研究免疫，该方法已经非常成功地产生针对癌细胞抗原的较高水平循环T细胞。来自肿瘤抗原的多肽免疫原性现已通过改变锚定多肽到适当的HLA分子的特定位点的氨基酸取得大幅度增加，用这些改进的的多肽免疫接种能产生多达4%的循环CD8+ T细胞与自身的癌症反应。为提高病人的免疫能力,预防在高风险个体中癌症的复发采用免疫治疗，这将是一个令人振奋的临床研究领域。缺乏细胞因子时，用这些方法只有很少癌症消退的的实例

18、。多肽疫苗与IL-2一起使用比单独使用IL-2可能能对癌症消退产生更好的效果。在一项研究中,当使用大剂量IL-2时，接受gp100改进肽分子(gp100:209 - 217(210M）)免疫的病人有30 - 35%客观临床反应(参考26, 40)，这是同样条件下对大量病人只使用IL-2产生效果的两倍。然而,发现IL-2和多肽同时使用与只用多肽相比循环抗肿瘤细胞变少,这可能是由于特定淋巴细胞靶与肿瘤位点相互作用,从而减少在循环中的这些细胞。阻止肿瘤消退的机理是什么？在体外试验中，能识别在特异性识别癌症抗原并破坏癌症细胞的肿瘤浸润淋巴细胞中生长的肿瘤,并有效地提高患者循环抗肿瘤T细胞活性免疫,这是个很复杂的问题。面对看似强有力的细胞抗肿瘤反应肿瘤为什么还能继续生长呢?对这种现象的存在目前还没有明确的解释,但是已提出很多假说。抗肿瘤T细胞治疗效果的影响因素可分为淋巴细胞的因素或肿瘤。许多肿瘤内发现的T细胞是CD8 +细胞。小鼠实验以及人体初步实验表明CD8 +细胞的存在并产生效果是取决于来自CD4 +细胞辅助因子。因此,一个成功的免疫反应依赖于CD4 +和CD8 +这两种细胞的产生,其中的每一种细胞都是受独特而不同的抗原所刺激。先前对克隆CD4 +细胞一些基本技巧对发现刺激CD4 +辅助因子参与反应的抗原是很有用的。虽然T细胞可以对抗肿瘤,但是目前可能还不能治疗肿