肿瘤与免疫系统的相互作用及肿瘤免疫治疗新策略

肿瘤与免疫系统的相互作用及肿瘤免疫治疗新策略
文亚平，高丽华，黎
明（中南大学湘雅基础医学院免疫学系，湖南长沙410078）
In te ra ction of Ca n ce r with Im m u n ity a n d th e Nove l S tra te gy of Ca n ce r Im m u n oth e ra py//WEN Y a -p ing ,G AO L i -hua ,L I Ming
摘要：目前人们认为肿瘤既是遗传性疾病，也可能是免疫学疾病。

因此深入探讨肿瘤发生发展与免疫系统的相互关系，才有可能产生更多新策略对肿瘤进行免疫治疗。

文章简述肿瘤与免疫系统相互关系，介绍肿瘤逃避免疫应答机制的最新研究进展，并就新近肿瘤免疫治疗策略进行综述。

关键词：肿瘤；免疫治疗；单克隆抗体；树突状细胞中图分类号：R730.51文献标识码：A 文章编号：1004-0242（2011）02-0103-05
进入21世纪，恶性肿瘤仍然是极大危害人类生命健康的严重疾病，是继心血管疾病后的人类第二大杀手。

肿瘤治疗的主要方法包括放疗、化疗和手术治疗。

但是微转移或肿瘤干细胞的存在可导致肿瘤复发及治疗失败[1]。

所以肿瘤的治疗不仅要杀死肿瘤细胞，还要刺激宿主的免疫应答以监视残存的肿瘤细胞。

因此在许多肿瘤的治疗中免疫疗法已经成为肿瘤治疗的中心环节。

肿瘤免疫疗法也叫做生物反应调节剂（biologic response modi -
fiers ）或生物疗法，是应用现代生
物技术及其产品进行肿瘤防治的新疗法，它通过调动宿主的天然防卫机制或给予天然（或基因工程）产生的靶向性很强的物质来获得抗肿瘤的效应。

与放疗和化
疗相比，免疫疗法副作用更小，作用范围更广，特别适用于多发病灶和有广泛转移的肿瘤，加上采用的是靶向治疗，目标明确，对肿瘤细胞以外的正常细胞影响小。

因此目前肿瘤免疫疗法越来越受到关注。

肿瘤常被认为是细胞自主性的遗传性疾病，由癌基因活化、抑癌基因失活及基因组稳定性基因的改变所致。

但是，肿瘤微环境、细胞外基质及免疫系统也在肿瘤发生发展中发挥重要作用。

事实上，纵观肿瘤的发生发展过程，肿瘤细胞必须克服内在（细胞自主）和外在（免疫介导的）屏障，才能成瘤。

宿主的免疫功能是决定肿瘤发生和发展的最后关卡（final
checkpoint ），只有当癌变细胞通
过各种免疫逃避机制逃过免疫监视、克服免疫功能的控制，肿瘤才能进展或致死宿主。

因此从这一角度讲，肿瘤可能是一种免疫学
疾病。

因此深入了解肿瘤与免疫系统的相互关系，了解肿瘤逃避免疫机制，才能产生更多更有效的新的免疫治疗策略。

1肿瘤与免疫系统的相
互关系
肿瘤发生发展的始末，一直与免疫系统存在着相互关系。

已知多种肿瘤与病原体感染有关。

如HBV 或HCV 感染与原发性肝癌，HPV 感染与宫颈癌、血吸虫感染与膀胱癌和结肠癌、幽门螺杆菌感染与胃癌等。

这些病原体的共同特点是能引起持续慢性炎症，不能被彻底清除，提示慢性炎症可能引起相关肿瘤，事实上，即使没有明显的感染，慢性炎症也能激发肿瘤的形成，如溃疡性结肠炎、克隆病都是胃肠道
收稿日期：2010-07-15通讯作者：黎明
E -mail:minglihi2006@
炎症，这些疾病提高了结肠癌发生的危险性，提示免疫应答与肿瘤发生之间存在复杂关系。

癌基因的激活、抑癌基因的失活以及染色体重排或基因扩增是肿瘤发生的内在原因，后者导致发生恶性转化的肿瘤细胞激活许多核转录因子，从而使肿瘤细胞本身产生诸如趋化因子、细胞因子、COX2等炎症介质，在肿瘤局部形成一个炎症微环境。

另一方面持续感染和慢性炎症也能激活许多核转录因子，在炎症局部也产生了趋化因子、细胞因子、COX2等炎症介质，所形成的炎症微环境，提高了肿瘤发生的危险性。

炎症微环境中活化的核转录因子主要是NFκB、STAT3、HIF-1α等，受这些核转录因子调控产生的炎症介质募集多种髓系来源的炎症细胞如单核巨噬细胞、肥大细胞、嗜中性粒细胞，嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞等，这些细胞在细胞因子作用下，产生更多的炎症介质，后者具有促细胞增殖、细胞存活、新生血管形成、促进浸润、转移、抑制特异性免疫应答以及对激素或化疗药物不敏感等作用。

某些类型的肿瘤，在肿瘤发生之前，炎症条件已经存在；在某些类型的肿瘤中，瘤性改变诱导了一个炎症微环境形成，从而促进肿瘤发生。

综上，肿瘤微环境是通过活化髓系和淋巴系细胞以及肿瘤细胞本身产生细胞因子实现的，肿瘤微环境中的炎症具有促进肿瘤发生的生物学效应。

因此对肿瘤相关炎症的信号转导途径的研究将有利于鉴定新的靶标分子用于更有效的肿瘤诊断和治疗[2~5]。

Toll样受体（Toll-like recep-tor，TLR）是当前的一大研究热点。

它不仅能够促发急性炎症后
的免疫保护作用，而且更多地参
与了肿瘤的免疫逃逸。

在许多肿
瘤细胞（肺癌、结直肠癌、前列腺
癌）及一些正常组织均表达
TLR4，说明它们对细菌感染均能
产生反应。

令人感兴趣的是，当用
细菌脂多糖（LPS）刺激肿瘤细胞
时，发现肺癌、结直肠癌细胞等经
过LPS-TLR4信号转导途径均释
放更大量的TGF-β、VEGF、IL-2
及IL-8等。

研究显示，IL-8与肿
瘤转移有非常密切的关系，同时
肿瘤细胞释放IL-8还可以起抗
凋亡作用，这些均是促进肿瘤发
生发展的关键性因素。

可见，肿瘤
细胞上表达TLR并不全是一件好
事，它参与了肿瘤的免疫逃逸[6~8]。

免疫抑制是肿瘤微环境的共
同特点，也是肿瘤免疫治疗的屏
障。

肿瘤微环境中还存在两群免
疫抑制细胞即髓系来源抑制性细
胞(myeloid derived suppressor
cells，MDSC)和调节性T细胞
(regulatory T cells，Treg)。

MDSC
是由粒细胞、单核/巨噬细胞和处
于早期分化阶段的髓系前体细胞
组成的细胞群。

正常生理情况下，
MDSC主要集中在骨髓，但是在
肿瘤形成中,骨髓内MDSC大量
增殖，并向各组织器官聚集。

研究
发现肿瘤组织内MDSC对T细
胞表现出强烈的抑制作用，通过
诱导机体免疫耐受促进肿瘤生
长，高分泌IL-6和高表达MMP-
9，具有很强的促肿瘤转移功能[9]。

Treg细胞严重浸润肿瘤组织，通
过分泌抑制性细胞因子如TGF-β
及IL-35或者未知的接触机制抑
制免疫应答。

有报道卵巢癌、乳腺
癌、肝癌组织中大量Treg的浸润
预示肿瘤预后不良。

许多肿瘤还
表达膜受体如程序性细胞死亡受
体1(programmed death receptor
ligand-1，PD-L1)，与T细胞表达
的PD-1（programmed death-1，PD-
1）结合后，使ITIM磷酸化，从而募
集磷酸酶shp-2，使肿瘤细胞促进
CTL凋亡，以抑制T细胞活化[10]。

综上所述，肿瘤与免疫系统
之间存在复杂的相互作用，表现
在：①免疫系统通过免疫应答抑
制肿瘤生长和进展；②免疫系统
通过诱导的炎症反应反而促进肿
瘤生长、存活和血管形成；③肿瘤
利用免疫调节机制形成免疫抑制
微环境，不仅抑制宿主免疫应答，
而且形成了一道阻断抗肿瘤性免
疫治疗的屏障。

因此深入探讨肿
瘤与免疫系统之间的分子机制，
将为肿瘤免疫治疗的理论研究奠
定基础；而这些基础研究的进展
能提供更多新的肿瘤免疫治疗策
略[11]。

2肿瘤免疫治疗新策略
目前肿瘤免疫治疗的新策略
集中在激活保护性抗肿瘤免疫应
答方面，主要表现在扩大肿瘤反
应性T细胞数量、提供外源性的
免疫活化刺激和拮抗诱导免疫耐
受的调节性途径。

联合使用多种
治疗策略是肿瘤免疫治疗的未来
发展趋势。

虽然肿瘤活性细胞已应用于
许多临床实验中，但是免疫系统
的各种免疫调节机制似乎都针对
这些在抗肿瘤免疫应答中所产生
的活化细胞，因此现在许多新的
抗肿瘤免疫治疗尝试着规避这些
调节通路。

研究策略就是采用协
同调节分子或直接靶向调节分子
表1治疗性单克隆抗体举例
靶向性单克隆抗体Cetuximab
Panitumumab Netuximab Trastuzumab/Herceptin
Pertuzumab
Dacetuzumab Tremelimumab Bevacizumab
Daclizumab
CT-011
抗体特性
嵌合的EGFR特异性单抗IgG1亚型
靶向EGFR的人源化抗体IgG2亚型
为人源化的EGFR特异性抗体
靶向HER2人源化IgG1抗体
抗HER2抗体
靶向CD40
靶向CTLAA-4的单克隆抗体IgG2亚型
靶向VEGF
靶向CD25，即IL-2R的α亚单位
靶向PD-1
抗体作用机制
阻断配体与受体的结合，阻断受体形成
二聚体，从而阻断信号跨膜传递
与Cetuximab相似，但不诱导ADCC
抑制受体形成二聚体，破坏受体内吞，
免疫活化
抗体与HER2结合形成的空间构象阻碍
受体形成二聚体
诱导肿瘤细胞凋亡、ADCC以及调理作用
抑制肿瘤生长，逆转CD8+T细胞的免疫耐受
抑制血管形成，减缓营养和氧输送给肿瘤，
抑制肿瘤生长而不严重影响正常组织功能
降低CD4+CD25+Foxp3+的Treg细胞数量
肿瘤微环境中肿瘤细胞高表达PD-L1，从而
限制高表达PD-1这一抑制性受体的T细胞
的免疫应答，CT-011靶向PD-1，可解除这种
抑制作用，促进T细胞介导的免疫应答
而抑制调节途径。

除此之外，治疗非肿瘤性疾病所采用的免疫调节策略现在也用于肿瘤治疗。

这些交叉拓展了我们对肿瘤和免疫之间的分子机制的认识[12]。

2.1单克隆抗体
使用商业化的单克隆抗体能产生即刻应答，跨越了内源性免疫系统受抑制的这个障碍；一般商业化抗体具有与肿瘤抗原结合的特异靶向性和高亲和性，控制抗体用量能够使机体迅速获得合适的抗体滴度；另外由于治疗性抗体是动物来源，所以在人体自身耐受的一些肿瘤抗原相应的抗体在动物体内也能制备出来。

大多数肿瘤抗原在非肿瘤性组织中表达，所以有些单克隆抗体也和非肿瘤组织结合，进而表现出严重的副作用，但是单克隆抗体具有细胞毒性，不同于常规化疗药物。

虽然动物来源的单克隆抗体也能引起超敏反应，从而限制了抗体治疗的疗效，但是这种超敏反应可以被减小到最低程度，可以通过用人的
IgG1序列取代动
物源性抗体中除
开抗原结合域以
外的其他部位，而
且通过基因工程
的方法还可以使
小鼠表达全部人
源化的抗体。

单克隆抗体
一般靶向肿瘤细
胞膜上受体成分，
例如表皮生长因
子受体（epidermal
growth factor re-
ceptor,EGFR）家
族成员EGFR、HER2、HER3、HER4等，它们都
过表达于肿瘤细胞膜上，因此成
为治疗性单克隆抗体的靶标。

治
疗性抗体的作用一般包括诱导肿
瘤细胞凋亡、阻断受体与相应配
体的结合、通过阻断受体的二聚
化从而阻断信号跨膜转导、诱导
抗体依赖细胞介导的细胞毒
（antibody mediated cell-mediated
cytotoxicity,ADCC）或补体依赖
的细胞毒（complement dependent
cytotoxicity，CDC）效应（表1）。

四条单链形成的抗体分子量
很大，影响渗透，所以对实体瘤治
疗效果有限。

第二代单抗则去掉
抗体的Fc段，仅形成F(ab’)2片
段，便于单抗渗透进肿瘤细胞，介
导靶向细胞毒效应。

在单抗Fc段
引入突变可以增强或降低IgG单
抗与FcR的结合，从而延长或缩
短其在血清中的半衰期，以便抗
体执行生物学效应，或者加速毒
素偶联抗体的清除。

提高ADCC
的策略之一就是提高单抗Fc段
与杀伤细胞上FcR的结合能力，
这些修饰单抗的方法包括在单抗
Fc段引入突变或者改变Fc段糖
基化模式。

Trastuzumab就是将单
抗Fc段三个氨基酸突变为丙氨
酸（S298A/E333A/K334A)，大大
提高其与FcγRIIIA的结合，后者
是单核细胞和NK细胞上主要的
FcR，体外实验发现这种药物大
大提高了ADCC效应[13]。

类似于
ADCC，补体在单抗抗肿瘤活性中
也起重要作用。

IgM、IgG1、IgG3
通过与C1q结合能固定补体，进
而活化C1r/s蛋白酶。

虽然IgM
五聚体是最有效的激活补体的
Ig，但是IgM的多聚体结构太庞
大，不能作为有效治疗手段。

因
此，提高补体治疗的焦点就集中
在提高IgG1与C1q的结合上。

在IgG1Fc段引入几个突变提高
其与C1q的结合，进而提高了补
体活性。

药物rituximab将丙氨酸
取代两个氨基酸（K326A/
E333A），提高了补体活性而不影
响ADCC[14]。

临床上通常将这些单克隆抗
体与其他治疗方式如放疗、化疗、疫苗、其他免疫调节佐剂等联合使用，采用联合策略，可以大大提高疗效[4]。

2.2树突状细胞疫苗
和其他抗原递呈细胞（anti-gen presenting cell，APC）相比，树突状细胞（dentritic cell，DC）是功能最强的APC。

制备DC疫苗的策略旨在诱导抗原特异性免疫应答和形成免疫记忆。

以前制备DC 疫苗的工作一般首先从自体获得DC，体外负载抗原后再回输体内。

新的制备DC疫苗方法则是直接在体内将靶向抗原通过与DC表面受体结合的方式装载到DC表面受体上，这样省却了体外培养的麻烦。

DC表达C型凝集素受体（C-type lectin receptor,CLR)，借助CLR结合糖基的特点与抗原结合，而后DC内吞跨膜受体则能捕获抗原。

将抗原连接于CLR 的配体上或者将抗原结合到靶向CLR的抗体上，是实现DC负载抗原的两种常用策略。

临床Ⅰ期实验中，给予进展期肿瘤如乳腺癌、结肠癌、胃癌及直肠癌的患者以甘露糖连接的肿瘤相关抗原mucin1（MUC1)，使DC负载肿瘤抗原，这种疗法在半数患者中引起了抗原特异性体液免疫及少数患者的CTL应答[15]。

DC-SIGN属于CLR家族，是DC上特异性受体，将肿瘤抗原偶联抗DC-SIGN 抗体复合物与DC-SIGN结合，可以特异性地使DC负载肿瘤抗原，这样可以避免一些副作用，而且延长了负载肿瘤抗原的半衰期[16]。

DC在诱导免疫应答之前必须先活化，表现在高表达协同刺激分子、抗原提呈能力增强，DC 活化还表现在其迁移能力增强，
这样DC才能迁移进淋巴结，在
淋巴结里活化初始T细胞。

DC
可以通过许多刺激物作用而被活
化，这些刺激物包括炎症细胞因
子、病原体代谢产物等。

许多临床
实验就是直接在炎症部位注射不
成熟的装载抗原的DC，一旦暴露
在炎症环境中，装载抗原的DC
能够成熟并迁移到淋巴结。

这种
接种策略至少有两个好处，一是
DC成熟的过程中需要抗原以进
行合适的抗原提呈，二是这种方
法省却了大量重组细胞因子的使
用。

2.3特异性T细胞治疗
特异性T细胞治疗首先是在
体外扩增来自肿瘤患者的肿瘤特
异性T细胞，活化后再回输体内，
以产生免疫应答。

T细胞来源多，
可以从患者外周血、肿瘤浸润淋
巴细胞、淋巴结以及肿瘤组织中
获得。

由于肿瘤微环境的作用，宿
主体内只存在低水平的内源性抗
肿瘤应答，规避方法就是采用基
因工程的方法使患者外周血T细
胞表达能识别肿瘤抗原的TCR，
T细胞经扩增后回输体内，使患
者体内特异性T细胞数量增加。

但是由于TCR识别抗原有MHC
限制性，所以每次通过基因工程
构建的TCR只限患者个体使用。

克服这种MHC限制性的方法是
通过基因工程方法在T细胞上构
建新的嵌合蛋白，即将BCR的抗
原结合域与TCR的信号转导成
分连接形成嵌合蛋白表达在T细
胞表面，这种T-bodies能直接结
合肿瘤抗原，导致T活化。

这种
策略已经在肾细胞癌和卵巢癌中
应用[17，18]。

但是特异性T细胞治
疗存在T细胞扩增问题，为了延
长特异性T细胞寿命，可以使T
细胞表达协同刺激分子和端粒
酶，还可以应用IL-15以提高细
胞产量。

单独使用特异性T细胞
进行免疫治疗还不足以杀死肿
瘤，所以常常将几种免疫方法联
合使用，如将特异性T细胞、肿瘤
疫苗以及BCG联合应用，有报道
在肾细胞癌Ⅱ期临床实验中有效
率大大提高[19]。

2.4预防性免疫治疗
很多肿瘤源于病原体的感
染，直接或者通过诱导慢性炎症
引起。

因此，靶向减少或者预防这
些感染的措施可以预防相应肿瘤
的发生。

因为病原体有许多保守
结构能作为外来抗原被免疫系统
识别，所以常规疫苗接种策略就
能诱导保护性免疫。

HBV疫苗是
第一个可行性疫苗，HBV感染是
众所周知的致瘤潜在危险因素。

肝脏的HBV感染能引起慢性肝
炎，后者可发展成肝癌。

尽管
HBV疫苗接种有效率达95%，但
是疫苗接种后是否降低成年后肝
癌发生率的人群调查还未见报
道。

HPV16和18与70%肿瘤
相关，除了宫颈癌和其他泌尿生
殖道肿瘤外，还与阴茎、会阴和肛
周癌以及头颈部肿瘤有关。

抗
HPV16和18的疫苗已经生产出
来，特异性地预防宫颈癌，临床试
验现在也在评估HPV16/18疫苗
对这种肿瘤的保护性。

慢性结肠炎和结肠癌存在强
相关性。

溃疡性结肠炎是结肠炎
症一个严重疾病，研究发现用抗炎
药物5-ASA治疗能降低结肠癌发
病率。

同样的，抗COX2抑制剂的
使用能降低癌前病变息肉形成。

3结语
基于目前的免疫治疗策略以及对免疫系统和肿瘤相互关系的研究，已经开发出了很多新的免疫治疗方法。

未来的肿瘤免疫治疗将综合上述多种方法以便产生更好的疗效、进一步减少毒副作用。

人们仍然在继续探索新的免疫治疗方法。

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