医学免疫学课件：肿瘤免疫治疗

1、肿瘤免疫治疗Foreword“谈瘤色变” 肿瘤 心脑血管疾病 慢性代谢病e.g.糖尿病 传染性疾病e.g. AIDS, H1N1, Hepatitis, Ebola Outline Part 1 背景 Part 2 基础知识 肿瘤抗原 肿瘤免疫效应机制 肿瘤免疫逃逸机制 Part 3肿瘤免疫治疗 现有状况 前景&挑战Part1-Background 肿瘤(tumor)：定义：是细胞的异常增生，可由原发部位向他处浸润转移，侵犯要害器官引起功能衰竭，最后导致机体死亡。 人体任何部位、任何器官、任何组织几乎都可发生肿瘤分类&命名： 良性vs恶性 实体瘤vs非实体瘤 “瘤”、“癌”、“肉瘤”、“白血病

2、”、“瘤病”？Part1-Background分类命名： 组织来源(分化方向)&生物学行为统一采用： 世界卫生组织(WHO)制定的肿瘤组织学分类(第二版)Nomenclature Rules良性肿瘤 在其来源组织名称之后加“瘤”(-oma);瘤病(-omatosis) 常用于多发性良性肿瘤或用于在局部生长的良性肿瘤：纤维瘤病(fibromatosis)、脂肪瘤病(lipomatosis)、血管瘤病(angiomatosis)。恶性肿瘤 1. 癌(carcinoma)来源于上皮组织的统称，命名时在其来源组织名称之后加“癌”字; 2. 肉瘤(sarcoma)由间叶组织(包括纤维结缔组织、脂肪、肌肉

3、、脉管、骨、软骨组织等)发生，在组织来源名称之后加“肉瘤”(-sarcoma); 3. 癌肉瘤(carcinosarcoma)一个肿瘤中既有癌的成分又有肉瘤的成分,比较罕见。Nomenclature Rules特殊命名 有少数肿瘤不按上述原则命名，其中大多数为恶性 1. 有些因成分复杂或由于习惯沿袭，则在肿瘤的名称前加“恶性”二字：恶性畸胎瘤、恶性神经鞘瘤等。 2. 有些因习惯省去了“恶性”二字：淋巴瘤(lymphoma)、黑色素瘤(malignant melanoma)和精原细胞瘤(seminoma)，但仍为恶性肿瘤。 3. 有些冠以人名，如尤文肉瘤(Ewings sarcoma)和霍奇金淋

4、巴瘤(Hodgkins lymphoma)。 白血病(leukemia): 少数采用习惯名称的恶性肿瘤。肿瘤组织学分类 (WHO)肿瘤组织学分类 (WHO)Part1-Background一般治疗： 放疗、化疗、手术切除 思路：物理or化学手段抑制其增长并杀死细胞 副作用:会杀死正常增生细胞/ 手术切除不彻底、转移）免疫治疗： “攘外而安内” 肿瘤免疫治疗最早可追溯到1890年的COLEY毒素治疗1890年的COLEY毒素治疗 1890年，纽约外科医生Coley在他开始行医不久就收治了一位因右手持续疼痛而就诊的年轻女孩。这位17岁女孩来自于美国新泽西州，刚刚结束了自己的环美旅行，却发现右手变得

5、肿胀疼痛不堪。Coley对她进行了一系列治疗后在一次切片中发现她所患的是一种结缔组织的癌症肉瘤。依据当时的治疗方式，Coley进行了截肢治疗，可肉瘤很快再次出现并蔓延全身。三个月后女孩死于家中。 女孩的去世对Coley触动很大。他开始大量收集此类罕见但致命疾病的相关资料。最后，他找到了一名从死神魔爪中捡回性命的病人： Fred是一名德国移民，11年前，他的颈部在短时间内长满了肉瘤。在四次手术失败后，一名资深外科大夫宣布 Fred 已“无药可救”。之后，Fred 脖子和脸上的红斑处突然爆发了一场由链球菌引发的感染。当时并没有相应的抗生素，Fred的免疫系统只能独自对抗这场感染。神奇的是，在他的白

6、细胞与病菌激烈厮杀的同时，肉瘤也随之缩减为一道无关痛痒的疤痕。 Coley推断Fred体内有一些东西击败了癌细胞。他终其一生用细菌过滤物所进行的临床试验 用已死的脓链球菌与粘质沙雷氏菌的过滤混合物来治疗肿瘤，这种混合菌苗被称之为“ Coley毒素”。在几例患者身上取得了成功，然而由于Coley毒素的用法用量很难掌握，这种治疗方法渐渐淡出人们的视线。用Coley毒素成功治疗的面部肉瘤患者1890年的COLEY毒素治疗1890年的COLEY毒素治疗 有些科学家从 Coley 的研究中得到启发，并在小鼠动物模型中尝试重复 Coley 的试验。 直到1975年， Carswell 等人发现卡介苗感染的

7、家兔两周后通过静脉注射大肠杆菌内毒素，2小时内在血清中产生一种肿瘤细胞毒因子，它能使动物体内肿瘤发生出血性坏死，并对离体细胞也具有细胞毒作用。这个因子后来被命名为肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF)。 这就是肿瘤免疫治疗的起源，也是TNF作为肿瘤免疫治疗领域最具代表性药物的传奇故事。Part2-Basics肿瘤抗原 肿瘤免疫效应机制 肿瘤免疫逃逸机制Part2.1 Tumor Antigen产生的分子机制：在细胞转化和癌变过程中产生新的蛋白质分子（基因突变） 突变的P53（50%人类肿瘤）、ras蛋白（10%人类肿瘤） 过表达的Her-2/neu（乳腺癌等）糖基化

8、等原因所导致的异常细胞蛋白质独特降解产物正常蛋白分子结构改变或不适当的表达隐蔽的自身抗原分子暴露（黑色素瘤抗原MAGE1、3）胚胎抗原或分化抗原的畸变表达（癌胚抗原，CEA；甲肽蛋白，AFP）致癌病毒产物（人类乳头状病毒，HPV）蛋白质的翻译后修饰障碍分类： 抗原特异性：TSA、TAA 诱因：物化、生物、自发Tumor specific antigen, TSA（肿瘤特异性抗原）仅仅表达于某种肿瘤细胞表面而不存在于正常细胞的新抗原。肿瘤特异性：免疫诊断、免疫治疗的有效靶点 发现：20世纪50年代 同系动物移植排斥实验 e.g. 甲基胆蒽（MCA）诱导小鼠肉瘤 特异性记忆性（获得性免疫应答）抗肿

9、瘤能力可通过细胞毒性T淋巴细胞过继T细胞免疫（为主） Tumor associated antigen, TAA（肿瘤相关抗原）既存在于肿瘤组织、细胞，也存在于正常组织、细胞的抗原物质，只是在肿瘤细胞的表达量远超过正常细胞，仅表现为量的变化而无严格的肿瘤特异性。 （早期诊断、疗效评估、预后判断） Embryonic antigen （胚胎抗原）-fetoprotein, AFP (甲胎蛋白) e.g. AFP与肝癌Carcinoembryonic antigen, CEA（癌胚抗原） e.g. CEA与消化道及乳腺恶性肿瘤 Tumor associated antigen, TAA（肿瘤相关抗

10、原）Tissues-specific differentiation antigen（分化抗原）e.g. MUC-1：epithelial cell mucin（上皮细胞黏蛋白） 腺癌细胞MUC-1的异常表达： 表达量：正常的10倍以上（与恶性程度呈正比） 分布：极性消失 加工修饰： 糖基化不全（新表位形成or隐蔽表位暴露）根据诱因分类物理和化学因素：多为实验性 （TSA的证实）生物因素：transduction（genomes of viruses） 成人急性T细胞白血病：HTLV-ICD4+ T cells. 子宫颈癌：HPV （第一支防癌疫苗） 肝癌：HBV、HCV 鼻咽癌、淋巴瘤：EB

11、V自发性：无明确诱发因素（人类大部分肿瘤）原癌基因 or 抑癌基因突变Ras (rat sarcoma, Ras)：10% of human tumorsP53： 50% human tumors其它基因突变Tyrosinase,gp100,Mart-1(melanomas/melanocytes） Part2.2-Immune surveillance （免疫监视）细胞免疫应答（为主） Part2.2-Immune surveillance （免疫监视）肿瘤抗原提呈 直接提呈：不需APCs 自身表达的MHC-1 + peptide 交叉提呈：外源antigen（肿瘤疫苗） APCs 胞吞 l

12、ysosome peptide ER上的MHC-1获取 MHC-1 + peptide CD8CTLPart2.2-Immune surveillance （免疫监视）细胞免疫应答： CD8CTL最主要的效应细胞：肿瘤抗原肽+MHC-1TCR-CD3结合 & CD4Th 的细胞因子 CD8CTL活化 脱颗粒作用:穿孔素(perforin) 凋亡信号：Fas/FasL 途径 CD4Th 重要辅助作用：某些肿瘤抗原肽+MHC-2 &共刺激分子双重信号激活 细胞因子IL-2、IFN-、 最好的肿瘤疫苗：同时激活 CD4Th 和CD8CTLCD8CTL对肿瘤细胞的杀伤作用 固有免疫（早期）： NK细胞

13、，gdT细胞，NKT细胞 巨噬细胞 中性粒细胞 淋巴因子Part2.2-Immune surveillance （免疫监视）双重作用（肿瘤微环境：“环境造就人”）体液免疫应答（有限，双重作用） ADCC作用： IgG 类抗体能使多种效应细胞如巨噬细胞、NK 细胞、中性粒细胞等发挥ADCC 效应，使肿瘤细胞溶解。 （IgG acts as “餐具”） 补体依赖的细胞毒作用 免疫调理 抗体封闭肿瘤细胞表面某些受体 抗体干扰肿瘤细胞的粘附特性 Part2.2-Immune surveillance （免疫监视）Complexed relationship between host and tumor

14、机体的免疫系统：抗肿瘤筛肿瘤：在机体的免疫监视（选择性压力）下，幸存的肿瘤细胞免疫原性不断下降（“达尔文进化论”） what doesnt kill you, makes you stronger.肿瘤：适应，逃逸（走为上策）影响机体的免疫系统，诱导机体免疫系统出现无功能的状态（免疫耐受）29Cancer Immunoediting（肿瘤免疫编辑理论）敌“躲” 抗原封闭or覆盖 MHC分子、共刺激分子表达下调：CTL识别障碍 MHC-1抗原加工提呈必须蛋白表达下调 Fas分子表达障碍：抵抗细胞凋亡我“弱” T细胞信号转导缺陷：CTL活化障碍Part2.3-Immune escape （肿瘤免疫

15、逃逸）反击 Fas/FasL反向攻击：CTL凋亡 免疫抑制性细胞因子：IL-10、TGF-、PGE2帮凶 调节性T细胞 Treg：免疫负调控（1995年首次提出） 肿瘤相关巨噬细胞 TAM：促进tumor, 抑制CTL, NK 髓系来源的抑制性细胞 MDSC：抑制 CD4T, CD8T, 诱导Treg 凡事都有双面性， 这些逃逸机制也可作为肿瘤免疫治疗的靶点！Part2.3-Immune escape （肿瘤免疫逃逸）Part3-Immunotherapy （肿瘤免疫治疗） “值得关注的六大领域之一” 2013年Science杂志思路： 通过相关的技术方法调动宿主免疫系统的抗肿瘤免疫应答能力，

16、消灭已经形成的肿瘤细胞或抑制其进一步生长与转移。 辅助疗法 与手术、化疗、放疗联合 Part3-Immunotherapy （肿瘤免疫治疗）肿瘤主动特异性免疫治疗 （active specific immunotherapy, ASI） 肿瘤疫苗（Vaccination with Tumor Cells and Tumor Antigens） 细胞型疫苗 亚细胞疫苗 分子瘤苗 基因瘤苗Part3.1- active specific immunotherapy, ASI （肿瘤主动特异性免疫治疗）细胞型疫苗：灭活的自体/异体肿瘤细胞 基因修饰增强免疫原性亚细胞疫苗：灭活的肿瘤细胞裂解物 e.g

17、. 同种异体黑色素瘤细胞裂解物 I、II期临床研究 （客观反应率达20%，长期存活达8%） 相对简单（克服了能诱导T细胞产生特异性免疫应答的肿瘤抗原肽鉴定困难的问题），但须可靠的灭活, otherwise 肿瘤种植！Part3.1- active specific immunotherapy, ASI （肿瘤主动特异性免疫治疗）分子瘤苗： a) 肿瘤多肽疫苗：人工合成TAA多肽 产业化生产、无肿瘤种植的危险 MHC-1限制&已知抗原肽尚少 b) 病毒相关肿瘤疫苗：HPV、EBV等 病毒对TAA的放大作用 c) 独特型疫苗：tumor抗体的抗原结合部位as an antigen 不包含实际的肿瘤

18、抗原or多肽（安全） 鼠源性单抗now 人源化抗体疫苗in research Part3.1- active specific immunotherapy, ASI （肿瘤主动特异性免疫治疗）分子瘤苗： d) DC提呈的抗肿瘤抗原多肽疫苗：peptide + DC共孵育 （高反应性抗原 + 最优的递送系统） 2010年，美国FDA批准了人类历史上第一支用于前列腺癌的治疗性肿瘤疫苗自身DC提呈肿瘤抗原多肽治疗性疫苗，由Dendreon公司研制，上市商品名Provenge，平均延长生存期4.1月。However良好的理论基础（理想很丰满） 不成熟的DC 成熟的DC 极化DC（高表达IL-12等细胞

19、因子 & 诱导肿瘤特异性Th1和CTL） 个体化DC疫苗（患者自身的DC：无MHC异体差异but患者局限性）不尽如人意的临床效果（而现实） 临床效应评估：涉及神经胶质瘤、黑色素瘤、结肠癌、前列腺癌等 DC细胞的功能 肿瘤微环境：免疫抑制（因子、细胞）Part3.1- active specific immunotherapy, ASI （肿瘤主动特异性免疫治疗）分子瘤苗： e)热休克蛋白-肽复合物肿瘤疫苗: HSP + peptide HSP（HSP70、HSP90、HSPgp96）instead of MHC （体外） CD4-CD8-TCRdT基因瘤苗： 已知T细胞识别的肿瘤抗原多肽gen

20、e串联 + 病毒载体 在体内可不断产生antigen，易诱导CTL，可大量生产 种类有限，表达水平不理想(lab) 免疫耐受Part3-Immunotherapy （肿瘤免疫治疗）2. 肿瘤被动免疫治疗 （ passive immunotherapy ）Antibody-based passive immunotherapy以抗体为基础 Cytokine therapy细胞因子疗法 Adoptive Cellular Therapy过继性细胞疗法Antibody-based passive immunotherapy 抗体（act as 生物导弹） + 毒素、放射性核素、化疗药物 靶向治疗（提

21、高疗效、减少毒副作用） + 超抗原（tumor antigen 放大） 激活CTL 抗体（抗NK或CTL）促进NK或CTL与肿瘤结合 抗血管生成因子（FGF-B、VEGF等）抑制肿瘤生长 前药特异性活化酶前药活化 in 肿瘤Challenges: 鼠源性人源性抗体 tumor antigen 种类丰富，多变 Part3.2- passive immunotherapy（肿瘤被动免疫治疗）Part3.2- passive immunotherapy（肿瘤被动免疫治疗）Cytokine therapy细胞因子疗法 Cytokine gene 原核or真核细胞 细胞因子(drug) 干扰素：白血病、

22、淋巴瘤、皮肤瘤、肾肉瘤、神经胶质瘤等； 白细胞介素（IL-2、IL-12）：黑色素瘤、肾癌/减少化疗、放疗的不良反应 集落刺激因子：对抗化疗、放疗造成的各种血细胞的下降 肿瘤坏死因子Adoptive Cellular Therapy过继性细胞疗法 抗肿瘤活性的免疫细胞（体外培养） 过继 荷瘤宿主 LAK (Lymphokine-activated killer cell) 淋巴因子激活的杀伤细胞 CAR-T (Chimeric antigen receptor-T cell) 嵌合抗原受体修饰的T细胞Adoptive Cellular Therapy过继性细胞疗法LAK (淋巴因子激活的杀伤细

23、胞)制备 NK or T细胞 体外培养 高剂量IL-2等细胞因子诱导 能杀伤对CTL、NK不敏感的肿瘤细胞 临床应用 IL-2与LAK协同治疗： 肾癌、黑色素瘤、肺癌、结肠癌等 （效率一般为2030%）CAR-T (嵌合抗原受体修饰的T细胞) 1989年以色列Eshhar Z首次提出 目前治疗白血病的突破进展 制备： T cell gene modified 能识别肿瘤抗原特异性受体的T cell amplification 荷瘤宿主 发展： 一、二、三代CAR-T （0 to 1个或多个共刺激分子）CAR-T (嵌合抗原受体修饰的T细胞)Compared with traditional T

24、 cell, CAR-T 直接识别 tumor antigen, 无MHC限制； 可以通过增加共刺激分子信号增强T细胞杀伤性。 （克服了相关的肿瘤免疫逃逸机制）最初，由于CAR-T 细胞制备的复杂性和在个性化治疗上尚无可循的盈利模式，其临床试验主要由几个美国研究机构主导。近年来，随着CAR-T 细胞治疗临床试验在多个研究中心的巨大成功，这一领域已成为投资合作的大热点。在国内，多家临床研究机构和生物科技公司也已经开展CAR-T 细胞治疗的研究和临床试验。目前，CAR-T细胞临床试验治疗的成功主要体现在血液肿瘤中的B 淋巴细胞性白血病患者身上，并且主要局限于表达CD19抗原的肿瘤。CAR-T的临床

25、研究时间靶抗原疾病类型转导方法2008CEA直肠癌逆转录病毒载体2008CD19B淋巴细胞肿瘤逆转录病毒载体2012CD4HIV逆转录病毒载体2012HER2乳腺癌PiggyBac转座子系统2012CD20非霍奇金淋巴瘤逆转录病毒载体2013CD19B淋巴细胞肿瘤睡美人系统2014PSCA前列腺癌慢病毒载体CAR-T面临的问题安全问题： “脱靶效应”：大多靶抗原在正常组织中也会有少量表达，导致CAR-T细胞与之发生反应而引起组织损伤。 e.g. 2006 年首次报道CAR-T疗法引起的脱靶效应导致肝脏毒性损伤。 最近，研究人员用第三代靶向HER2 /neu 的CAR-T淋巴细胞治疗导致1 例晚

26、期直肠癌患者死亡，推测由于肺、肝脏等正常组织均表达HER2 /neu 抗原，高剂量的CAR-T 细胞引起了脱靶效应，导致患者多器官衰竭而死。CAR-T面临的问题 “细胞因子风暴”： 第二、三代CAR中引入了单或双共刺激分子，以有利于淋巴细胞的持续活化。然而信号泄漏或T细胞激活阈值的降低可能造成炎症细胞因子如TNF-、IL-1、IL-6、IL-12、IFN-、IFN- 等大量释放入血，进而引起以急性呼吸窘迫综合征和多器官功能衰竭。CAR-T面临的问题几点建议 (by2010 年美国重组DNA 咨询委员会): 引入自杀基因的人工调控开关，发生相关的毒性反应时通过诱导转染自杀基因的T细胞凋亡而减轻毒

27、性反应； 第二，严格按期临床试验进行治疗，从低剂量的T细胞数目开始输注，防止速发的细胞毒性； 构建双靶抗原CARs，提高肿瘤靶向性； 在应用第二、三代CAR-T 细胞治疗时应不使用或谨慎使用IL-2，降低潜在细胞毒性； 低剂量多次输注CARs修饰中枢记忆T细胞和干细胞样记忆T细胞可建立免疫记忆的潜能、增加抗肿瘤特异性和减少对健康组织的损伤。Achievements肿瘤疫苗（Vaccination with Tumor Antigens） Sipuleucel-T由特异性PAPGM-CSF融合蛋白在体外诱导出特异性DC疫苗（生存期延长了4.1个月），2010年由FDA批准用于前列腺癌的临床治疗，

28、在肿瘤免疫治疗历史上具有里程碑式的意义，是疫苗治疗成功的范例。细胞治疗（Adoptive Cellular Therapy） LAK、CAR-T和TCR转基因 CAR-T，对淋巴细胞白血病及淋巴瘤的治疗在临床上取得了巨大的成功。诺华制药公司与宾夕法尼亚大学联合开发的CTL019，治疗39例罕见并致命的急性淋巴细胞白血病儿童，有36例儿童(92%)在输入该药物后经历了完全缓解。6个月后，70的响应者仍处于缓解中，75的儿童仍存活；在5例滤泡性淋巴瘤患者中达到了100%的缓解率和80的完全缓解率；使511例弥漫大B细胞淋巴瘤患者肿瘤缩小，到第3个月时，36的人未显示有疾病迹象；在24例慢性淋巴细胞白血病的治疗中，达到42的缓解率，一半的受试者出现完全缓解，在9个月的随访中，有68的总生存率。 Achievements抗体（antibody） e.g.白血病 Campath-H（抗CD52的单抗） 特异性地识别表达在所有淋巴细胞和单核细胞表面CD52抗原，并与之结合杀伤淋巴细胞，在治疗T细胞性幼淋巴细胞白血病、慢性淋巴细胞白血病的治疗中疗效显著。 此外，血干细胞移植的治疗中， Campa