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肿瘤的细胞免疫治疗方法简析

作者:香雪精准医疗-吴万里

发布时间:2020-02-21

阅读:303

 

       细胞免疫治疗是目前最有希望治愈癌症的途径之一,已经吸引越来越多的研究者和资本市场的关注,细胞免疫治疗都有哪些具体的方法呢,本文将力求全面但又简洁地介绍多种细胞免疫治疗方法。

       在了解具体方法之前,我们先认识两个基础且重要的专业术语:

       抗原递呈:由抗原递呈细胞(antigen-presenting cell, APC)将抗原处理成免疫原性多肽,以抗原肽-MHC(人的MHC分子也叫HLA)分子复合物的形式表达于APC表面,供T细胞的TCR识别。人体内几乎所有的有核细胞都表达HLA I类分子(注意:这里有个“几乎”,说明还是有些细胞没有,如睾丸精原细胞、成熟的滋养层细胞等),HLA I 类分子主要递呈细胞内源性抗原(如病毒包膜蛋白、肿瘤抗原等)给CD8 T细胞;HLA II类分子主要递呈外源型抗原(如细菌、细胞碎片等)给CD4 T细胞,HLA II类分子的表达相对局限,主要表达在专职APC上,如巨噬细胞、B细胞、树突状细胞(dendritic cell,DC)。也就是说,一般的细胞只表达HLA I类分子,而专职APC,同时表达HLA I和II类分子,可同时分别递呈细胞内外抗原给CD8和CD4 T细胞,甚至在某些情况下,外源性抗原可被专职APC的HLA I类分子所递呈(注意,刚刚说过,HLA I 类分子主要递呈细胞内源性抗原),这属于一种交叉递呈现象,这种非经典的抗原递呈机制在机体抗感染免疫、肿瘤免疫及自身耐受的维持中发挥重要作用。

       细胞毒性T淋巴细胞(CTL):CD8 T 细胞具有细胞毒性功能,可以杀死被病毒或其他胞内病原体感染的细胞、或者是表达异常抗原的肿瘤细胞,因此CD8 T细胞常被称为杀伤性(或细胞毒性)T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL),静息状态下的幼稚CD8 T细胞不具有杀伤功能,它需要被抗原递呈细胞(包括肿瘤细胞)激活后,才能产生免疫应答,进而执行细胞杀伤功能。肿瘤患者体内的CTL为什么不能消灭肿瘤细胞呢?总的来讲其原因很多很复杂,不过研究者们已经发现了一些,比如:肿瘤细胞会下调HLA I 类抗原(激活CD8 T细胞所必须的元素之一)的表达从而不被CD8 T细胞所发现;肿瘤细胞和肿瘤微环境中被“策反”的一些免疫细胞会表达免疫抑制性受体PD-1和CTLA-4(它们被称为免疫检查点)的配体,即使T细胞已经被活化,但T细胞的抑制信号一旦被激活,CD8 T细胞的扩增、细胞因子的产生都会被严重削弱,甚至连CD8 T细胞的存活都成问题。简单粗暴的理解,就是肿瘤患者体内的CTL已经无法与肿瘤(微环境)抗衡,完全处于被压制(甚至吊打)的状态。

下面介绍具体的方法:可归纳为三个类别。

       第一类方法,由于患者体内肿瘤微环境的影响,APC在体内免疫抑制环境下不能很好地对肿瘤抗原进行识别、加工和递呈,也就不能很好地激活免疫应答,最终不能识别和清除癌细胞。所以研究者通过提高患者体内抗原递呈的效率来改善免疫应答,最典型的方法就是DC治疗。DC是体内最重要的专职APC,也是目前已知功能最强的APC,所以研究人员想到了它。研究者将患者DC分离出来,在体外培养,随后添加肿瘤抗原进行共培养,最后将荷载肿瘤抗原的DC回输到患者体内,以期达到治疗的目的,该方法本质上是一种治疗性疫苗。由Dendreon公司推广并通过FDA批准的PROVENGEE (Sipuleucel-T)技术,就是将患者自身DC与前列腺酸性磷酸酶共培养,随后回输到前列腺癌患者体内可激活患者的肿瘤免疫应答,使用该技术的前列腺癌患者,3年的存活率比使用传统肿瘤治疗方案的对照组高出50%[1]。

       第二类方法:肿瘤的微环境会抑制体内的免疫系统,包括效应T细胞的增殖,研究者们通过将患者的淋巴细胞在体外扩增后再回输给患者来解决这个问题,如LAK、CIK、TIL疗法等,这三种方法都是这个思路,也有一些不同之处。

      1.科学家发现淋巴因子IL-2能够刺激外周血单个核细胞(PBMC)分化为一类具有非特异性杀伤的细胞,即将这种细胞命名为淋巴因子激活的杀伤细胞(lymphokine activated killer cells, LAK),LAK细胞并非是一个独立的淋巴群或亚群,而是NK细胞或T细胞分化群。Rosenberg等人经FDA批准后将LAK细胞治疗应用于临床研究,结果表明LAK细胞治疗与IL-2的联合使用会一定程度控制黑色素瘤的扩散,但由于IL-2的大量使用造成全身性明显的毒副作用[2],最终不能被广泛推广。

      2.与LAK类似,CIK (cytokine-induced killer)技术也是将人PBMC进行体外培养,较LAK不同的是,CIK的诱导分化需要用多种细胞因子如单克隆抗体、IFN-γ、IL-2的参与。本质上,CIK是一类活化的异质细胞群,同时表达CD3和CD56两种CD分子,故又称为NK细胞样T淋巴细胞。临床上主要将CIK疗法与DC疗法联合,即DC-CIK治疗。DC-CIK技术由于制备繁琐,加之2016年魏则西事件,因此该疗法在我国临床研究受阻。

     3.LAK 和CIK技术都是将患者的PBMC进行扩增,Rosenberg团队发现肿瘤浸润组织中有一类T细胞,并将其命名为TIL(tumor infiltrating lymphocyte),这类细胞与LAK和CIK最显著的区别是TIL是具有特异性的针对肿瘤的效应T细胞,后面的研究也证实,从肿瘤组织中分离出的TIL细胞并经过体外的扩增,其肿瘤杀伤活性比LAK强50~100倍[3]。TIL是已经被召唤到肿瘤组织的效应T细胞,只是由于肿瘤微环境的抑制作用而没能展现出很好的杀瘤效应。后来的研究发现,在TIL细胞回输之前先对病人进行Treg细胞(一种负调节作用的T细胞)清除处理,可以明显降低肿瘤免疫抑制环境对TIL细胞杀瘤作用的影响[4]。TIL技术也存在一些不足,首先针对不同的肿瘤患者分离TIL不是件容易的事,而且分离到的TIL细胞往往数量有限,即使体外扩增,要达到能够回输与治疗的数量,还是非常困难的;其次TIL也是一个混合的T细胞群,如果能分离出杀瘤效果最好的那个T细胞克隆或者寡克隆,将其扩增,或者将其TCR分子鉴定出来,将会有更大的改善。

       第三类方法:不管是DC治疗,还是LAK、TIL、CIK治疗技术,均是将患者自身免疫细胞分离,通过添加刺激物或者抗原的形式对分离得到的免疫细胞进行体外培养,然后回输到病人体内进行治疗。这些方法都是将患者自身细胞从体内转移到体外进行放大培养,或者是提升抗原递呈的效率(DC治疗),实质上并未对免疫细胞本身进行根本性的改变,所以其临床治疗效果不是很理想。随着基因工程和细胞工程技术的发展,将目的基因转入人类外周血淋巴细胞内的技术已经比较成熟,运用慢病毒或逆转录病毒载体设计的抗肿瘤免疫细胞也已在许多患者体内进行了实验。至今,已成功制备出 T 细胞受体基因转导的 T 细胞(T-cell receptor genetically transdused T cells,TCR-T)、嵌合抗原受体转导的T 细胞(chimeric antigen receptor transdused T cells,CAR-T)与嵌合抗原受体转导的NK细胞(chimeric antigen receptor transdused NK cells,CAR-NK),这些技术从实质上改变了天然的T细胞,大大提高了抗肿瘤的效率和范围,当然也会随之出现一些副作用,但总体来讲,该类技术是目前肿瘤细胞免疫治疗中最有前景的技术。TCR-T和CAT-T这两个平台的特点与区别在前面的科普文章中已经有多次讲到,下面只简单介绍其发展历史:

       1.TCR-T技术目前已发展到第三代[5]。早期,研究者从肿瘤组织中分离出浸润性淋巴细胞(TIL)或自体 T 细胞群中分离出特定的能识别某种抗原的 T 细胞寡克隆,这两类T细胞上的TCR已经能特异性识别抗原,所以被看成是第一代TCR-T,尽管还没有涉及TCR基因转导,但这两类技术构成了研发新一代 TCR -T 细胞治疗的基础。从能够识别某种抗原的 T 细胞单克隆上获得野生型 TCR基因序列,将其转导至病人的 T 细胞,即为第二代TCR-T,其特点是野生型 TCR亲和力低,导致杀伤肿瘤的效果有限。在第二代的基础上,将得到的野生型TCR进行亲和力优化,转导亲和力增强的TCR到病人的T细胞,即为第三代TCR-T。目前在进行第三代TCR-T开发的有Adaptimmune公司、 Carl June 团队、Steve Rosenberg团队、广东香雪精准医疗技术有限公司等,多个TCR-T产品已经进入临床研究。

      2.根据胞内信号分子的组成不同可将 CAR-T 分成四代。第一代CAR的胞内信号仅由 TCR/CD3 复合物的 ζ 链或 IgE 高亲和力受体 γ 链(FcεRIγ)组成,实验观察到了T细胞增殖,但细胞毒性弱,增殖能力不强;因此第二代CAR便加入一个共刺激分子信号与 CD3ζ 串联;为了进一步提高T细胞的激活能力,第三代CAR设计同时含有两个共刺激分子与 CD3ζ 串联,目前常用的共刺激分子是CD28、CD134(OX40)、CD137(4-1BB);第四代 CAR-T 在第二代和第三代的基础上,对 CAR-T 做了各种各样的改造,这些改造后的细胞可产生各种免疫增强效应,减轻副作用。为了将免疫细胞聚集在肿瘤位点,可在细胞上共表达 CXCR2、CCR4、CCR2b、VEGFR2 等细胞因子受体。目前,CAR-T对血液肿瘤具有不错的疗效,但是对实体瘤疗效甚微。在世界范围内,实体肿瘤是癌症死亡的主要原因,约占95%[6],所以从整体和长远上看,TCR-T技术更具优势和开发价值。

 

 

 

1.         Cheever, M.A. and C.S. Higano, PROVENGE (Sipuleucel-T) in Prostate Cancer: The First FDA-Approved Therapeutic Cancer Vaccine. Clinical Cancer Research, 2011. 17(11): p. 3520.

2.         Rosenberg, S.A., et al., Observations on the Systemic Administration of Autologous Lymphokine-Activated Killer Cells and Recombinant Interleukin-2 to Patients with Metastatic Cancer. New England Journal of Medicine, 1985. 313(23): p. 1485-1492.

3.         Rosenberg, S.A., P. Spiess, and R. Lafreniere, A new approach to the adoptive immunotherapy of cancer with tumor-infiltrating lymphocytes. Science, 1986. 233(4770): p. 1318.

4.         Yao, X., et al., Levels of peripheral CD4+FoxP3+ regulatory T cells are negatively associated with clinical response to adoptive immunotherapy of human cancer. Blood, 2012. 119(24): p. 5688-5696.

5.         区裕升, et al., TAEST16001:TCR亲和力增强型特异性T细胞免疫治疗. 中国生物工程杂志, 2019. 39(02): p. 49-61.

6.         Al-Abd, A.M., et al., Anti-angiogenic agents for the treatment of solid tumors: Potential pathways, therapy and current strategies – A review. Journal of Advanced Research, 2017. 8(6): p. 591-605.

 

 

 

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