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一文解析腫瘤免疫治療的原理、機製、分類

發布日期:2019/4/3 來源:來自網絡
 腫瘤免疫治療是指應用免疫學原理和方法,通過激活體內的免疫細胞和增強機體抗腫瘤免疫應答,特異性地清除腫瘤微小殘留病灶、抑製腫瘤生長,打破免疫耐受的治療方法。腫瘤免疫治療就是要克服腫瘤免疫逃逸的機製,從而重新喚醒免疫細胞來清除癌細胞。由於其副作用小、治療效果明顯,正逐漸成為未來腫瘤治療的發展方向,被稱為繼手術、放療和化療之後的第四大腫瘤治療技術。


表1:癌症各類治療技術優缺點


圖1:腫瘤免疫治療發展曆程大事件


一、腫瘤的免疫編輯


腫瘤是免疫逃逸的結果。腫瘤細胞是一種不正常的細胞,表現為基因突變和致癌基因的過表達。這些突變或異常表達的蛋白是免疫細胞賴以識別癌細胞的基礎。理論上,免疫細胞可以隨時清除不正常的細胞,從而把腫瘤消滅於萌芽狀態,即所謂的“免疫監視”。但免疫監視作用並不能完全地避免惡性腫瘤的發生,而且腫瘤一旦產生就會隨著病情的發展,其惡性程度漸進增加,並最終發生廣泛轉移。


“腫瘤免疫編輯”學說提出,癌細胞在機體內發生、發展是一個免疫係統與癌細胞一係列動態複雜的相互作用過程,此過程可以分為三個階段:清除(Elimination)、平衡(Equilibration)和逃逸(Escape)。


圖2:腫瘤的免疫編輯

①“清除”狀態

新生的腫瘤具有較強的抗原性,較易被免疫係統識別並將其清除。非特異的天然免疫機製(如吞噬細胞,天然殺傷細胞等)和特異的獲得性免疫機製(如CD4+T細胞,CD8+T細胞)都參與這個腫瘤細胞的清除過程。如果清除過程徹底,腫瘤細胞被完全排除,免疫編輯過程就此結束。如果一些變異的腫瘤細胞逃過了免疫編輯的“清除”作用而存活下來,它們與免疫係統的關係就進入了第二種狀態,即“平衡”狀態。


②“平衡”狀態

在這種狀態下,腫瘤細胞的抗原性減弱,因而不會輕易被免疫係統識別和清除,但又時時處在免疫係統的清除壓力下,因而不能過度生長,表現為檢查不到可見的腫瘤。特異的獲得性免疫是維持這種平衡狀態的主要機製,一般認為天然免疫機製不參與這個過程。免疫編輯的平衡狀態實際上就是一種帶瘤生存狀態。但這種平衡狀態是動態的,腫瘤細胞在免疫係統的壓力下,其基因有可能會發生變化,這種基因突變產生的“積累效應”達到一定程度時,就可能打破平穩,使免疫係統與腫瘤的關係進入“逃逸”階段。


③“逃逸”階段

腫瘤免疫逃逸機製可歸納為腫瘤細胞自身修飾和代謝及腫瘤微環境的改變。這個階段的腫瘤細胞可以產生一係列惡性表型,如不能表達MHC分子,或不能產生腫瘤肽。由於MHC和腫瘤肽是T細胞識別腫瘤細胞的靶標,腫瘤細胞的這種變化使T細胞失去了對它的識別能力,從而逃脫免疫殺傷。此外,腫瘤細胞會使自己的細胞凋亡信號通路發生變化,使免疫細胞誘導的腫瘤細胞凋亡機製失效。同時,腫瘤會產生一個抑製免疫細胞的微環境,在這個微環境中,腫瘤細胞會釋放一些具有免疫抑製功能的分子,如TGF-β,IL-10等,並能誘導產生表達CTLA-4的調節T淋巴細胞,對其他免疫細胞產生抑製作用,導致免疫係統產生對腫瘤的免疫耐受。到這個階段,免疫係統的抗腫瘤機製已全麵崩潰,腫瘤生長完全失控並廣泛轉移。


圖3:腫瘤免疫逃逸機製

二、腫瘤免疫治療的分類


腫瘤免疫治療可以廣義地分為非特異性和腫瘤抗原特異性兩大類。非特異性的手段包括非特異性免疫刺激和免疫檢驗點阻斷;而腫瘤抗原特異性的方法主要是各種腫瘤疫苗和過繼性免疫細胞治療。

 

表2:腫瘤免疫治療種類

① 非特異性免疫刺激: 包括淋巴因子激活的殺傷細胞(LAK)療法和細胞因子介導的殺傷細胞(CIK)療法。


LAK療法是利用白細胞介素2(IL-2)刺激外周血淋巴細胞免疫活性細胞,這些細胞主要是由很多種淋巴細胞組成的混合體,包括NK細胞和T淋巴細胞,在體外對腫瘤具有人類白細胞抗原(HLA)非依賴型的殺傷作用,LAK細胞殺傷靶細胞的機製與NK細胞類似,可以通過細胞與細胞接觸識別靶細胞表麵結構,也可以通過分泌細胞因子參與殺傷腫瘤細胞。它對腎細胞癌、惡性黑色素瘤、鼻咽癌、非霍奇金淋巴瘤療效較好,對控製微小殘留灶及惡性胸腹水治療效果比較顯著。

 

CIK細胞由於來源於患者或健康人的外周血,培養擴增相對容易,目前已經進行了大量臨床實驗治療多種腫瘤,如腎癌何傑金淋巴瘤和非何傑金淋巴瘤白血病以及肝癌等。與LAK細胞相比,CIK細胞增殖速度更快,殺瘤活性更高,殺瘤譜更廣,且對多重耐藥腫瘤細胞同樣敏感,對正常骨髓造血前體細胞毒性小,能抵抗腫瘤細胞引發的效應細胞Fas-FasL凋亡等特點,廣泛用於腫瘤的輔助治療。

 

② 免疫檢查點單抗:免疫抑製細胞因子和生物活性分子均可抑製T淋巴細胞功能。T淋巴細胞、腫瘤細胞與腫瘤微環境中的其他細胞之間的相互作用可激活免疫檢查點,腫瘤利用免疫檢查點通路進行免疫逃避。


T淋巴細胞的激活需要兩個信號:MHC-多肽信號和共刺激分子信號。共刺激分子的信號主要有正向共刺激因子CD27、CD28和CD137通路,和避免T細胞被過度刺激的負相共刺激因子細胞毒T淋巴細胞相關抗原4(CTLA4)通路和程序性死亡分子1(PD1)/程序性死亡分子1配體(PD-L1)通路。這種抑製通路會被腫瘤劫持用來對抗免疫係統,因此采用正向共刺激因子激動劑或負向共刺激因子拮抗劑可以達到提高對腫瘤的免疫殺傷作用。一段時間以來,CTLA-4被用來靶向免疫治療。


CTLA-4單抗Ipilimumab是最先被美國FDA批準上市的免疫檢驗點抑製劑。該抗體由Medarex公司發現,授權百時美施貴寶(BMS)開發,在惡性黑色素腫瘤患者上取得顯著生存獲益,於2011年在美國批準上市。另一個CTLA-4單抗tremelimumab也是由Medarex公司發現,經輝瑞開發,現又轉讓給阿斯利康繼續開發。PD1/PD-L1單抗比CTLA-4單抗有更強的抗腫瘤作用。百時美施貴寶與默沙東的兩款PD-1抗體(Nivolumab和Pembrolizumab)在2014年底相繼獲批上市。2016年羅氏的Atezolizumab作為第一個PD-L1單抗獲批上市。2017年是輝瑞和默克生產的Avelumab和阿斯利康生產的Durvalumab相繼獲批上市。2018年百時美施貴寶與默沙東的兩款PD-1抗體(Nivolumab和Pembrolizumab)在中國獲批上市,君實生物的特瑞普利單抗和信達生物的信迪利單抗兩款國產PD-1單抗也陸續獲批上市。

 

③ 腫瘤疫苗:腫瘤疫苗來源於自體或異體腫瘤細胞或其粗提取物,帶有腫瘤特異性抗原(TSA)或腫瘤相關抗原(TAA),通過激發特異性免疫功能來攻擊腫瘤細胞,客服腫瘤產物所引起的免疫抑製狀態,增強TAA的免疫原性,提高自身免疫力來消滅腫瘤。根據腫瘤疫苗的來源,又可分為腫瘤細胞疫苗、基因疫苗、多肽疫苗、樹突狀細胞疫苗等。


④ 過繼性免疫細胞治療:包括腫瘤浸潤性淋巴細胞(TIL)治療,T細胞受體嵌合型T細胞(TCR-T),嵌合抗原受體T細胞技術(CAR-T)。


非特異性免疫刺激和免疫檢查點單抗都是通過增強已有的免疫係統來發揮抗腫瘤作用,不能促使免疫細胞攻擊腫瘤;腫瘤疫苗通過激發特異性免疫功能來攻擊腫瘤細胞,但是治療效果並不是特別好;過繼性免疫效應細胞治療,是指從腫瘤患者中分離免疫活性細胞,在體外進行擴增和功能鑒定,然後向患者轉輸,增強了殺傷腫瘤的免疫細胞數量,並且從而直接殺傷腫瘤或激發機體的免疫應答殺傷腫瘤細胞。治療的特異性和靶向性是目前研究的重點和未來的發展方向,因此TCR-T和CAR-T因能夠表達特異性受體靶向識別特異性的腫瘤細胞,受到廣泛的關注和研究,從最開始的基礎免疫研究轉變為臨床應用。


圖4:過繼性免疫細胞治療


TCR-T 和 和 CAR-T  的區別


T淋巴細胞是腫瘤細胞的天敵,在腫瘤免疫應答中起主要作用,對腫瘤細胞有極強的殺傷作用。但是,使用內源性T細胞進行腫瘤免疫治療時,靶抗原需經過加工處理後才能和靶細胞表麵的主要組織相容性複合物(main histocompatibility complex,MHC)作用,即“MHC限製性”。然而,腫瘤免疫編輯的過程會使MHC在腫瘤細胞表麵表達下降,破壞抗原加工過程,降低肽段免疫原性。這樣長期形成的免疫逃逸機製,能使腫瘤細胞成功躲避T淋巴細胞攻擊,腫瘤快速增殖。此外,人體內腫瘤特異性T淋巴細胞數量較少,並且由於大多數腫瘤細胞不斷表達自體抗原,使得靶向這些抗原的T淋巴細胞通過免疫耐受機製被中和或移除,數量進一步減少。因此,提高提高T淋巴細胞的識別能力的關鍵就在於改進“T淋巴細胞受體”,因而產生了這兩種細胞免疫治療技術:TCR-T和CAR-T。


① TCR-T :TCR-T通過轉導嵌合抗原受體(融合抗原結合域及T細胞信號結構域)或者TCR α/β異二聚體,來提高特異性識別腫瘤相關抗原(Tumor Associated Antigen, TAA)的TCR的親和力和戰鬥力,使T淋巴細胞能夠重新高效的識別靶細胞。通過輸注能夠識別特異靶標的基因修飾T淋巴細胞,賦予免疫係統以新的非自然免疫活性。這種方法除了能像細胞毒性化療和靶向治療快速殺滅腫瘤外,還避免了疫苗和T淋巴細胞檢查點療法的延遲效應。TCR基因治療臨床有效率相對較低,尋找有效的腫瘤靶抗原克隆高親和性的TCR受體以及優化TCR的轉化效率是目前的研究重點。

 

② CAR-T :CAR-T細胞是通過基因工程獲得攜帶識別腫瘤抗原特異性受體的T細胞,不需抗原處理和提呈,可直接識別腫瘤相關抗原,激活T細胞分泌多種細胞因子殺傷靶細胞。因此CAR-T細胞可以克服了主要組織相容性複合體限製性,同時通過增加共刺激分子信號,增強了T細胞的抗腫瘤效應。此外,CAR-T細胞可以準確高效地定位到腫瘤靶點並長期表達,在持久抗腫瘤作用中比單克隆抗體更有效。


TCR-T和CAR-T這兩種技術的一個共同點在於通過基因改造的手段提高T細胞受體對特異性癌症細胞抗原的識別能力和進攻能力。因此也都統稱為“T細胞受體重新定向”技術(T cell receptor redirection)。但兩者所使用的方法是不同的。TCR-T隻是通過轉入靶向識別基因來使T細胞獲得抗癌效果,而CAR-T使TCR頭部直接換成特異性的抗體,對T細胞的改動更大,這樣就可以讓T細胞就在抗體的指引下直接進攻癌細胞。


表3:TCR-T 和 CAR-T 比較