肿瘤疫苗

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肿瘤疫苗(tumor vaccine )即肿瘤的特异性主动免疫治疗,是利用肿瘤细胞或肿瘤抗原物质诱导机体的特异性细胞免疫和体液免疫反应,增强机体的抗肿瘤能力,阻止肿瘤的生长、扩散和复发。

肿瘤疫苗是以特异性CTL 细胞免疫为主的肿瘤免疫疗法,具有以下特点:① 针对性强,特异性CD8+CTL 能直接杀伤相应的肿瘤细胞;② 免疫反应产物(细胞因子等)能激活非特异性免疫,起增强、放大、协同作用;③ 细胞免疫具有记忆作用,能对肿瘤起反应,在机体内不断增殖,并可生存较长时问。

肿瘤疫苗治疗的理论基础

肿瘤疫苗治疗的理论基础是人类肿瘤细胞存在肿瘤相关抗原。比利时Ludwig 肿瘤研究所的Boon等人选择免疫原性较强的恶性黑色素瘤为突破口,采取以特异性CTL 克隆筛选、鉴定肿瘤靶细胞抗原的技术路线,成功地分离、确定了第一个人类肿瘤抗原MAGE[43] ,并阐明其基因结构,合成其抗原肽( 9 肽)。随后,人们从多方面证实人类肿瘤抗原的存在。

目前已证实的人类肿瘤抗原有:① 胚胎性抗原,如AFP 、CEA 、PSA 、MAGE-1 ;② 病毒相关抗原,如EB 病毒EBNA-1 基因产物、SV40 T 抗原、人乳头瘤病毒E6和E7基因产物;③ 分化抗原,如MART-1 、TRP-1 、酪氨酸酶;④ 癌基因和抗癌基因突变产物,如P21ras、P185 、mP53 ;⑤ 染色体易位后的融合蛋白,如P210 蛋白;⑥ 共同的肿瘤抗原,如热休克蛋白、肿瘤黏液核心肽MUC-1 [44,45] 。

肿瘤相关抗原特别是肿瘤特异性抗原具有免疫原性,并能够诱发体液及细胞免疫反应,特别是能诱发特异性杀伤性T 细胞(CTL )。其中CD8+T 细胞可直接溶解肿瘤细胞,它被激活后主要释放穿孔素,使肿瘤细胞膜的钙离子通道失去平衡,导致电解质紊乱、细胞水肿而凋亡,同时释放各种酶以消化肿瘤细胞。而CD8+T 细胞可释放多种细胞因子并激活巨噬细胞,进一步释放细胞因子,抑制肿瘤生长[46]。

T 细胞(包括CD8+CTL 及CD4+T 细胞)的激活是细胞免疫的关键。T 细胞的激活除了肿瘤抗原与MHC 复合物第一信号外,还必须有第二信号即共刺激因子,其中最重要而又关键的是B7 分子。它表达于激活的B 细胞树突状细胞巨噬细胞,与T 细胞的CD28 、CTLA4 受体结合,激活CD4+、CD8+T 细胞,产生细胞免疫。由于肿瘤细胞不表达B7 ,使机体对其产生免疫耐受。如果能提高B7 的表达或将B7 导入肿瘤细胞,或CD28 、CD3 的抗体与CD28 结合,激活T 细胞,都可增强T 细胞的杀瘤作用[47] 。

肿瘤疫苗治疗的实施策略

基于肿瘤特异性主动免疫的理论基础,目前主要从以下方面实施肿瘤疫苗的研究,提高其特异性、安全性和有效性:① 肿瘤抗原(肽)的寻找、分离、筛选、鉴定和人工合成;② 增强肿瘤抗原(肽)的免疫原性研究及肿瘤疫苗的制备(细胞水平、分子水平、基因水平);③ 有效激活T 细胞的研究(共刺激因子、CD28 单抗);④ 打破机体对肿瘤的免疫耐受,解除免疫抑制,防止或克服T 细胞无能(细胞因子修饰、免疫佐剂、免疫调节剂);⑤ 增强细胞免疫的抗肿瘤效应,包括CD8+CTL 的直接杀伤肿瘤作用及CD4 + T 细胞释放细胞因子间接/直接杀伤或抑制肿瘤的生长;⑥ 综合治疗和抗复发转移治疗,即作为手术、放疗、化疗常规方法的辅助和补充。肿瘤疫苗特异性主动免疫与CTL 的过继性免疫治疗相结合,可预防复发、防止转移、延长生存期。[45,48,49]

肿瘤疫苗的分类

自19 世纪末Coley 等使用丹毒链球菌治疗肿瘤患者已有100 年历史。早年的研究尝试使用自体或同种异体活的肿瘤细胞制备活瘤细胞疫苗,或采用射线照射、抗癌药物灭活或固定剂(甲醛、戊二醛、聚甲醛)处理肿瘤细胞等方法制备灭活瘤细胞疫苗。近年来各种肿瘤疫苗的研究取得可喜进展,其诱导机体特异性主动免疫应答、增强机体抗肿瘤能力的作用在动物实验中得到肯定,许多疫苗已进入临床试验研究。目前应用的肿瘤疫苗有以下几种。

( 1 )肿瘤细胞疫苗[44,48]

肿瘤细胞疫苗以肿瘤细胞为免疫原,早年的研究尝试使用自体或同种异体活的肿瘤细胞制备成活瘤细胞疫苗,但仅限于动物实验。采用射线或紫外线照射、高低温处理、抗癌药物灭活、酶解等方法改变其致瘤性,保留其免疫原性,并加佐剂卡介苗( BCG )制备成灭活瘤细胞疫苗,曾应用于多种肿瘤的临床治疗,但其疗效不稳定。

近年来,采用反转录病毒腺病毒载体将外源基因导入肿瘤细胞内制成基因工程疫苗,转染的外源基因主要有MHC 基因、B7 分子、细胞因子、黏附分子等。将细胞因子导入肿瘤细胞后,一方面持续缓慢分泌抗原;另一方面分泌细胞因子,降低了肿瘤细胞的致瘤性,增加了免疫原性。以此为疫苗,能抑制再次攻击肿瘤的生长作用。目前,成功导入肿瘤细胞的细胞因子有IL-2 、IL-3 、IL-4 、IL-6、IL-7 、IFN-γ、TNF-α 、M-CSF 、GM-CSF 等。此外,转导MHC-I 、II 及B7 都证明具有增强免疫原性及杀伤肿瘤的作用。

( 2 )胚胎抗原疫苗[44,48]

针对人类肿瘤表达的胚胎抗原制备的肿瘤疫苗可使相应个体产生免疫力,例如原发性肝细胞肝癌表达AFP 、消化道肿瘤表达CEA 、前列腺癌表达PSA 等,均可用以制备疫苗。但胚胎抗原的抗原性弱,在体内是否能产生免疫应答尚无定论。用表达CEA 的重组瘤苗病毒疫苗可在人体内激发出特异性CTL 反应,IL-2 能增强重组CEA 瘤苗病毒的特异性T 细胞反应,在动物实验中取得了明显效果。目前,CEA 疫苗已进入I 期临床试验。由MACE-1 、2 、3 等基因编码的抗原是一组在肿瘤细胞中重新活化的胚胎基因产物,此类抗原具有可供不同CTL 克隆识别的多种可能的表位,因此可被患者T 细胞识别,是一种十分有效的免疫系统的攻击目标。由MAGE-3 诱导产生的CTL 能特异性杀伤MAGE-3 +黑色素瘤细胞系或转导MAGE-3 基因的肿瘤细胞。

( 3 )病毒疫苗[46,48]

人类许多肿瘤与病毒感染密切相关,例如乙型肝炎病毒与原发性肝癌、EB 病毒鼻咽癌伯基特淋巴瘤人乳头瘤病毒宫颈癌等。这些病毒除使肿瘤表达一定量的病毒相关抗原外,有的还编码产生可用作肿瘤特异抗原的特异性分子,作为机体免疫攻击的靶抗原。病毒疫苗具有较强的免疫原性和交叉反应性,易于大量制备,在某些疾病中效果显著。但由于许多人类肿瘤是非病毒源性的,其应用受到限制。目前,以灭活病毒为载体与其他肿瘤抗原或多肽组成的重组病毒疫苗可大大提高肿瘤抗原的免疫原性,并可与所需的MHC 及B7 等分子重组,呈递抗原,共刺激T 细胞增殖,便于大量重复制备。

( 4 )癌基因产物[48]

由于点突变或易位致癌基因活化而产生的蛋白产物或抑癌基因的产物均可成为肿瘤抗原。这些癌基因产物的氨基酸序列或空间构象发生改变或隐蔽的蛋白质分子暴露而具有高度的免疫原性,成为机体免疫系统的有效靶目标。在人体能产生针对P21ras肽序列的CD4+T 细胞,突变或易位的癌基因蛋白可被抗原呈递细胞处理,以合适的构象与MHC 分子结合并呈递抗原至T 细胞表面,刺激抗原特异性TCR 而产生免疫应答。Her-2/neu 蛋白在恶性肿瘤细胞中过度表达,其所含的能与MHC 分子结合的多肽片段数量大大增加,易于打破机体对自身抗原的免疫耐受状态而产生免疫应答。

( 5 )人工合成的多肽疫苗[45,48,49]

细胞免疫中T 细胞所识别的是蛋白一级结构中能与相应的MHC 分子呈递抗原结合部位相匹配的小肽片段,一般由8-12 个氨基酸组成外来抗原需经抗原呈递细胞加工处理成小肽段并与MHC 结合,呈递抗原至细胞表面并激活TCR ,才能产生免疫应答。合成多肽能模拟T 细胞识别的肿瘤抗原决定簇,不经抗原呈递过程,即可直接与MHC 分子结合,激活T 细胞。因此,合成多肽疫苗用于体内、外免疫诱导CTL ,并应用于过继免疫治疗肿瘤,其疗效优于蛋白疫苗、活载体疫苗或肿瘤细胞疫苗,是目前主动免疫治疗的新策略,具有广泛的应用前景。

( 6 )抗独特型疫苗[45,48,49,50]

抗独特型抗体是抗原的内影像,它可以模拟抗原成为疫苗。其制备相对较容易,只需选出抗原的单抗作为免疫原制备抗体。单抗技术和基因工程技术的应用可以提供大量均一抗体,有利于疫苗标准化,同时也避免了肿瘤抗原可能带有肿瘤病毒和癌基因等潜在危险。抗独特型抗体还含有一些机体未曾识别的蛋白组分,可以打破机体对肿瘤抗原的免疫耐受而产生免疫应答。对于某些分子结构尚不明确、无法进行化学合成或DNA 重组的肿瘤相关抗原,可以用抗独特型抗体来制备。对单克隆抗独特型抗体结构加以改变,并与细胞因子基因重组形成融合蛋白,则可以进一步增强其作用。目前对此已有大量动物实验,并已开展临床试验。

( 7 )树突状细胞疫苗[45,48,49,51,52,53,54]

树突状细胞(dentritic cells,DC )来源于骨髓细胞,在正常组织中含量极微,高度表达MHC-II 、MHC-I 等免疫刺激分子。DC 是抗原呈递功能最强的一类抗原呈递细胞,其最显著的特点是能有效刺激静息的T 细胞活化、诱发初次免疫应答,而机体的其他抗原呈递细胞则不具有这一特性。细胞因子对DC 的分化成熟和抗原呈递功能具有重要的调节作用,其中最关键的是GM-CSF、IL-4 及TNF-α。在体外用GM-CSF 和IL-4或TNF-α可诱导入外周血或小鼠骨髓中DC 前体分化为成熟抗原呈递细胞并大量增殖。

以DC 瘤苗介导的特异性主动免疫治疗主要有:① 肿瘤抗原多肽刺激的DC ;② 肿瘤细胞的蛋白提取物刺激的DC ;③ 肿瘤细胞与DC 融合的产物;④ 基因转染的DC ,包括肿瘤抗原编码基因导入、肿瘤细胞mRNA 刺激和细胞因子基因修饰。DC 疫苗显示了一定的应用前景。基因转染的DC 由于能提供更多更有效的可供识别的抗原表位,而且可克服MHC 限制,已成为备受关注的研究热点。

肿瘤疫苗的临床应用

表1. 用于临床的肿瘤疫苗[101]

疫苗名称 成分 上市时间 国家 适应症
Melacine 黑色素瘤细胞系裂解产物 1999 年10 月 加拿大 黑色素瘤
M-Vax 自体肿瘤细胞疫苗 2000 年7 月 澳大利亚 黑色素瘤
M-Vax 自体肿瘤细胞疫苗 2005 年10 月 瑞士 黑色素瘤
Gardasil 人乳头状瘤病毒疫苗 2006 年6 月 美国 宫颈癌预防
DC-Vax 自体树突状细胞疫苗 2007 年7 月 瑞士 脑瘤
OncoVax 自体肿瘤细胞疫苗 2007 年11 月 瑞士 结肠癌
OncoVax 自体肿瘤细胞疫苗 2008 年2 捷克等 结肠癌
HSPPC-96 自体肿瘤组织HSP96 2008 年4 月 俄罗斯 肾癌
Cima Vax EGF 重组人EGF 分子 2008年4 月 古巴 非小细胞肺癌
Cervarix 人乳头状瘤病毒疫苗 2009 年10 月 美国 肾癌宫颈癌预防

肿瘤疫苗在动物实验中已取得肯定的结果,许多疫苗已进入临床研究,特别在免疫原性强的肿瘤中,肿瘤疫苗已显现其临床疗效。以肿瘤疫苗治疗黑色素瘤已有大系列报道。以异体细胞疫苗+免疫佐剂DETOX 治疗106 例晚期黑色素瘤患者的有效率达20 % ,患者CTL 明显增加。以自体肿瘤细胞疫苗加卡介苗及小剂量环磷酰胺治疗64 例晚期患者,61 %的患者产生特异性皮肤迟发型超敏反应,有效率为13 %。以异体细胞疫苗加卡介苗治疗75 例晚期患者的有效率达23 %。此外,以培养细胞纯化抗原制备疫苗加明矾佐剂治疗94 例III 期黑色素瘤患者的5 年生存率达50%。以神经节苷脂GM2 疫苗加卡介苗和小剂量环磷酰胺治疗122 例III期患者,其4 年无瘤生存者达50 %。

在结直肠癌、肾癌等肿瘤患者中也已开展临床研究。以自体肾癌细胞疫苗加短小棒状杆菌佐剂治疗20 例肾癌患者,有效率达25 %。但在结肠癌的治疗中疗效不甚明显,以自体结肠肿瘤疫苗加卡介苗治疗309 例结肠癌术后,与对照组比较生存期无明显改变,以疫苗病毒-CEA 疫苗治疗17 例结肠癌患者未见客观抗肿瘤效应。

国内大连医科大学在中药莪术及其有效成分β-榄香烯的抗癌作用及其原理研究的基础上,开展了β-榄香烯综合瘤苗主动免疫治疗的临床研究,结肠癌、直肠癌胃癌患者手术切除肿瘤标本制备瘤细胞悬液经β-榄香烯及新城鸡瘟病毒(NDNV )或丝裂霉素(MMC )修饰处理并与短小棒状杆菌混合制成综合瘤苗,经小剂量环磷酰胺进行免疫调动后予以皮下注射免疫。患者接受治疗后均未见严重局部反应或全身不良反应,免疫功能有所改善。

31 例进展期肝细胞肝癌患者以自体肿瘤裂解物致敏DC 制备瘤苗进行免疫治疗,其中14 例患者每周静脉注射1 次,共5 次,其他17 例同样治疗后再加每月强化治疗1 次。31 例患者中4 例(12.9 % )肿瘤部分消失( PR ) , 17 例(54 . 8 % )肿瘤生长稳定(SD ) , 10 例(32.3 % )病情进展(PD )。1 年总生存率为40 . 1 % ±9 . 1 %。经强化DC 瘤苗治疗的患者1 年生存率( 63 . 3 %±12 . 0 % )较单纯DC 瘤苗治疗患者( 10 . 7 %±9 . 4 % )明显改善[56]。

抗独特型疫苗的临床应用展示了引人瞩目的前景。抗独特型抗体主动免疫可消除患者的免疫耐受状态,刺激机体特异的体液和细胞免疫反应,临床研究显示部分肿瘤患者肿瘤消退、生存期延长。以抗独特型抗体MK2-23 治疗25 例IV 期黑色素瘤患者,14 例产生抗体,部分病例转移灶明显缩小,产生抗体的患者生存期明显延长。

以抗结肠癌独特型抗体17-1A 治疗30 例晚期结肠癌,13 例临床症状改善,用药期间无不良反应。12 例结肠癌切除术后有7 例肿瘤消退,存活1 . 1-4 . 1 年。

以抗淋巴瘤独特型抗体与蛋白载体偶联加人佐剂SAF-1 治疗9 例非霍奇金淋巴瘤患者,7 例诱导出持续的独特型特异的免疫反应,有2 例肿瘤完全消退,而与疫苗有关的毒性很小。

50 例卵巢癌患者接受抗CA125 单抗B43 、13 注射后26 例产生免疫反应,且2 年生存期大于阴性反应者。

尽管肿瘤疫苗的进展令人鼓舞,但有效的治疗尚需克服以下障碍:① 由于肿瘤患者中抗原特异的免疫缺陷(在某些晚期患者中还存在T 细胞信号传递障碍),对肿瘤抗原的免疫效应难以诱导。② 肿瘤疫苗尚不足以产生足够量的免疫效应导致肿瘤缩小,可能需要进一步扩增疫苗所产生的抗原特异性T 细胞用于过继性免疫治疗。③ 肿瘤在抗原表达上的异质性需要针对多种抗原的肿瘤疫苗,以期在大多数患者的免疫治疗中获得成效。

主要参考文献

现代肿瘤学(第三版),30章,肿瘤的生物治疗,汤钊猷主编,复旦大学出版社,ISBN: 9787309080964, 2011年7月1日出版。

《肿瘤学》,郝希山,魏于全主编,人民卫生出版社,2010年8月

其他参考文献

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[101]《肿瘤学》,郝希山,魏于全主编,人民卫生出版社,2010年8月