特約文稿基於樹突細胞的腫瘤疫苗研究進展

基於樹突細胞的腫瘤疫苗研究進展

基於樹突細胞的腫瘤疫苗研究進展

陸虹旻 李林鳳 高建新

胃腸病學，2016，21（5）：257-262

【doi】10. 3969/j. issn. 1008_ 7125. 2016. 05 001

【作者單位】上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院 臨床幹細胞研究中心 腫瘤發生與免疫研究室（200127）上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院腫瘤科

【E-mail】15618820486@ 163．com

【摘要】腫瘤免疫治療雖然早已提出，但作為戰勝癌症必不可少的途徑是近幾年才有的共識。

腫瘤免疫治療可分為主動免疫治療和被動免疫治療，但要真正戰勝癌症，還是需要安全、有效的主動免疫治療途徑。

樹突細胞（DC）是銜接天然免疫和適應性免疫的橋樑，也是決定適應性免疫性質，即免疫或耐受的關鍵細胞。

因此，以DC為載體的安全、高效、特異和廣譜的腫瘤疫苗在腫瘤免疫治療中具有不可替代的重要地位。

由於DC的高度異質性，基於DC的腫瘤疫苗研究遇到了瓶頸。

本文結合筆者的研究經歷，綜述DC腫瘤疫苗的研究進展及其迫切需要解決的問題。

【關鍵詞】樹突細胞； 癌症疫苗； 抗原，腫瘤

一、樹突細胞（dendriticcells，DC）發展簡史

「Dendriticcells」一詞於1973年由加拿大免疫學家RalphSteinman在描述小鼠脾臟細胞中具有特異性樹枝狀形態的一小群細胞時引入^[1]。

關於DC的研究在經過了發現後初期因細胞數量稀少而沉寂二十年後出現了爆髮式的增長,每年有數千篇關於DC的科技論文發表,這得益於小鼠和人體外DC擴增技術的建立和漿細胞DC亞群的發現^[2]。

隨著在該領域研究的深入,我們越來越深刻地了解DC在機體免疫中發揮著獨特、關鍵的功能,其在固有免疫和適應性免疫應答中均處於關鍵性的樞紐位置。

這一發現將免疫學帶入了一個全新的領域,RalphSteinman也因此被授予2011年諾貝爾生理學或醫學獎^[3]。

二、DC的一般特徵

DC具有職業化加工、呈遞抗原,激活幼稚T細胞或調節效應T細胞的功能。

其具有免疫原性和耐受原性,前者表達高水平白細胞介素(IL)-12,後者則表達高水平IL-10^[4],其免疫和耐受特性在環境因子的作用下可發生轉換。

DC由普通骨髓幹細胞分化而來,其直接前體細胞的來源、特徵至今尚不清楚,存在爭論^[5]。

DC幾乎存在於所有組織中,尤其更多地分布在與外界抗原接觸的部位,如淋巴器官、腸道和皮膚內外黏膜層。

組織中的DC通常是未成熟的,它們能非常有效地吞噬細胞外物質,但不釋放細胞因子,即所謂的未成熟DC(IDC)。

IDC的特點是:①前期不表達高水平主要組織相容性複合體(MHC)Ⅱ類分子;②共刺激分子如CD40、CD86、CD70、OX40L等處於較低水平;③有一組特定的趨化因子受體^[6]。

雖然IDC會向T細胞呈遞抗原,但在缺乏適當的共刺激信號的情況下,IDC會向T細胞呈遞抑制信號,導致抗原特異性T細胞分化為無能T細胞(anergicTcells),其克隆擴增受限並分化為CD4+ CD25+Foxp3+調節性T細胞(Treg細胞),最終促進免疫耐受形成^[7]。

已知某些刺激信號可促進IDC的成熟,如微生物相關分子模式(MAMPs)、損傷相關分子模式(DAMPs)、免疫複合物以及眾多的細胞因子和趨化因子。

相對於IDC,成熟DC(MDC)吞噬抗原的能力有限,但具有如下特點:①細胞表面表達的MHCⅡ類分子水平升高;②由於表達特定趨化因子受體(如CCR7)而獲得遷移至淋巴結的能力;③分泌大量細胞因子/趨化因子^[6,8]。

因此,MDC能高效地激發適應性免疫應答,其能力遠超過包括B細胞和巨噬細胞在內的其他抗原呈遞細胞(APC)^[9]。

此外,DC的免疫刺激功能並非僅限於誘導細胞免疫應答,其還能影響體液免疫。

三、DC的異質性和亞群

DC實際上是一群主要功能相似但具有高度異質性的專職APC。

DC存在數個形態和表型不同的亞群^[10],主要有髓樣DC(myeloidDC,mDC)和淋巴樣DC,對免疫系統具有不同的調節功能。

例如,人表皮Langerhans細胞能通過分泌IL-15有效刺激CD8+ T細胞,人CD14+真皮DC可產生高水平的IL-12,從而促進初始B細胞(naiveBcells)分化成分泌抗體的漿細胞^[11];小鼠CD8α+ DC(人CD141+DC)有高效的交叉呈遞能力,在體內對外界抗原的反應最為敏感^[12]。

漿細胞DC(plasmacytoidDC,PDC)是DC中一個特殊的亞群,較之傳統的mDC,PDC表達眾多包括Toll樣受體(TLRs)家族成員在內的識別受體,因而能更為敏感地對MAMPs和DAMPs產生反應。

在病毒感染時,PDC可分泌大量Ⅰ型干擾素,引發Th1型免疫反應,在抗病毒免疫中發揮重要作用,而mDC則不具備這種功能。

近年來,另一種兼有自然殺傷細胞(NK細胞)功能的DC或兼有DC功能的NK細胞,稱為自然殺傷性DC(naturalkillerDC,NKDC),在大鼠、小鼠和人體相關研究中均有描述。

但是,無論對該細胞群的來源有何種爭論,其兼具DC和NK細胞功能的事實難以否認。

NKDC不但能殺傷靶細胞並呈遞抗原,還能產生水平高於NK細胞的γ干擾素,調節適應性免疫應答,在自身免疫和腫瘤等疾病中起重要作用。

在小鼠NK1.1+CD11c+群體中含有B220+和B220-NKDC亞群^[13],B220+亞群被描述為產生干擾素的殺傷性DC(interferon-producingkillerDC,IKDC),在抗腫瘤免疫反應中起重要作用。

事實上B220- NKDC也產生高水平的干擾素,尤其是在免疫反應過程中。

四、DC與腫瘤等疾病

DC與感染、炎症、自身免疫性疾病、過敏等多種病理生理現象有關,在先天免疫和適應性免疫中均處於關鍵地位。

隨著對免疫系統在腫瘤發生、發展和治療中作用的了解^[14-15],DC在抗腫瘤治療方面的作用也變得越來越受到重視^[16-17]。

已證實腫瘤內mDC水平升高與臨床治療預後改善相關。

反之,有研究表明特定的DC亞群出現功能缺陷會促進腫瘤發生、發展和化療耐藥。

腫瘤區域免疫耐受性DC包括CD123+ PDC和CD208+ mDC增多,被多個研究證明是臨床預後不良因素。

隨著DC基礎研究的發展,逐漸有研究開始利用DC進行干預治療。

DC介導的免疫反應作為一種治療手段被用於嘗試治療多種疾病,包括感染、自身免疫性疾病、過敏和惡性腫瘤^[18-21],其中治療惡性腫瘤的DC腫瘤疫苗是相關研究中最受關注的課題。

五、DC介導的腫瘤免疫治療

目前一般將基於DC的抗腫瘤治療根據不同治療方式分為4類:

①空載DC回輸;

②DC在體外負載腫瘤相關抗原(tumor-associatedantigen,TAA)後回輸^[22-23];

③DC在體內負載TAA;

④應用DC來源的囊泡(exosomes)。

DC在體外負載抗原可有不同的方式,包括:

①將IDC暴露於自體腫瘤細胞裂解液;

②將IDC和重組TAA共同孵育培養;

③以提取自惡性細胞的RNA或編碼TAA的RNA和表達TAA的載體轉染DC;

④將DC與滅活腫瘤細胞融合,形成所謂的「dendri-tomes」^[24-25]。

在體內將TAA遞送至DC的方法有兩種:

①將TAA融合入針對DC表面特定標記物的單克隆抗體中,如淋巴細胞抗原75(LY75)、CD209、C-型凝集素結構域家族成員CLEC4A和CLEC9A^[26-29];

② 將TAA以免疫脂質體包裝後定向遞送至DC^[30]。

此外,在體內加載TAA還需同時給DC提供足夠的促成熟信號,以避免出現外周免疫耐受,可選用的促成熟信號包括常用的疫苗佐劑以及包括TLR激動劑和免疫刺激細胞因子在內的多種相對非特異性免疫刺激劑^[31]。

此外,影響最終免疫效應的因素還包括T細胞表型和歸巢性能。

雖然上述這些治療在方式上存在差異,但總體治療目標相同,那就是提升機體原有的抗腫瘤免疫水平或誘導機體產生新的抗腫瘤免疫。

最終治療的安全性和有效性很大程度上是由所選擇的治療相關TAA決定的。

理想的TAA應在惡性細胞中表達或呈過表達,更為重要的是要能成為腫瘤排斥抗原(tumorrejectionantigens)^[32],誘導有效的抗腫瘤免疫效應,除此以外TAA還應儘可能在非惡性組織中不表達或低表達,以減少治療帶來的自身免疫反應^[33-34]。

六、DC腫瘤疫苗臨床應用現狀

自1996年起截至目前(2016年2月),在ClinicalTrials.gov註冊開展的與DC腫瘤疫苗相關的臨床試驗已超過400項,且年註冊數量呈逐漸上升趨勢,有多項試驗現已完成。

根據臨床試驗所針對的不同腫瘤類型對其數量進行排序,依次為黑色素瘤、攝護腺癌、腎癌、腦腫瘤、乳腺癌等。

其中黑色素瘤、攝護腺癌和腎癌這三種腫瘤的DC疫苗試驗數量占所有腫瘤試驗數量的半數以上,這是因為這些腫瘤具有更多特徵性TAA。

針對結直腸癌的DC腫瘤疫苗臨床試驗迄今尚無報導。

從近幾年以DC為基礎的抗腫瘤免疫治療臨床試驗的設計中可以看出,目前最主流的治療模式還是將自體DC在體外擴增後再經一種或多種純化TAA或多肽刺激,再單獨或聯合化療或免疫治療,最後評估其誘導腫瘤特異性免疫反應和發揮抗腫瘤作用的能力。

這些TAA包括人表皮生長因子受體(HER)2、癌胚抗原(CEA)、腫瘤血管抗原或NY-ESO-1衍生多肽,而治療對象包括黑色素瘤^[35]、神經膠質瘤^[36]、膠質母細胞瘤^[37]、肝細胞癌^[38]和乳腺癌^[39]。

也有少數DC疫苗試驗在體外刺激DC時使用的是腫瘤細胞裂解液,試驗對象有腎細胞癌^[40]、膠質母細胞瘤^[41]、骨肉瘤^[42]和一些其他實體腫瘤患者^[43]。

一部分試驗還同時使用共刺激分子,如CD40配體、CD70和TLR4激動劑。

另外還有DC疫苗聯合自然殺傷T細胞(NKT細胞)激活劑α-半乳糖^[44],或同時靶向CD4+、CD8+ T細胞^[35],或聯合免疫刺激性化療藥物(如環磷醯胺、來那度胺)^[17,45]。

總結這些已發表的研究結果,可以發現以DC為基礎的疫苗用於腫瘤患者總體上是安全的,但是僅在一小部分患者中誘發特異性抗腫瘤免疫反應,轉化為客觀的臨床獲益。

七、商業化DC腫瘤疫苗存在的問題

總體而言,目前商業化DC腫瘤疫苗的療效並不理想。

2010年,Sipuleucel-T[Provenge],為富集自體細胞後體外擴增的DC,呈遞攝護腺酸性磷酸酶(PAP)/粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)融合蛋白]作為第一個DC疫苗,被美國食品和藥品管理局(FDA)批准用於治療無症狀或症狀輕微的轉移性去勢治療無效的難治性攝護腺癌。

與安慰劑組相比,Sipuleucel-T組死亡風險降低22%(P=0.03),中位總生存期(mOS)延長4.1個月(25.8個月對21.7個月)。

Sipuleucel-T組與安慰劑組的36個月生存率分別為31.7%和23.0%。

事實上,所謂Sipuleucel-T富集的DC與期望得到的免疫原性DC相差甚遠。

Sipuleucel-T中含有大量NK細胞和T細胞,大量輸注後未能根本逆轉患者的免疫耐受狀態。

在Sipuleucel-T上市以後,包括DC腫瘤疫苗在內的腫瘤疫苗研發商品化出現了停頓,直至2015年10月FDA批准T-VEC作為首次手術後復發的黑色素瘤患者不可切除病灶的局部治療方案。

T-VEC是繼Sipuleucel-T後的第二個治療性腫瘤疫苗,是一種經過基因修飾的Ⅰ型單純皰疹病毒(HSV-1),其可在腫瘤細胞內複製並表達DC誘導蛋白GM-CSF。

將其直接注射至黑色素瘤病灶中可造成腫瘤細胞溶解、破裂並釋放出腫瘤源性抗原和GM-CSF,加速抗腫瘤免疫應答^[46]。

之所以之前研發的眾多腫瘤基因疫苗均告失敗而T-VEC獲得了相對成功,原因可能是T-VEC表達的GM-CSF誘導腫瘤局部生成更多的DC,可進一步激發更強的抗腫瘤免疫反應。

因此,雖然T-VEC從成分上來說是一個基因疫苗,但它利用了DC疫苗的作用機制。

2014年,美國臨床腫瘤學會(ASCO)報導的T-VECⅢ期臨床試驗的首要終點持續緩解率為治療組16%,對照組2%,總生存率亦較理想(P=0.051)。

這一結果再次啟示臨床放化療時使用GM-CSF作為升白細胞治療藥應慎重,因為GM-CSF不利於體內DC的分化和成熟。

理想的化療後升白細胞藥應能同時促進DC分化和成熟,至少不會強化患者體內的免疫耐受環境。

八、DC腫瘤疫苗需要解決的問題

綜上所述,在過去的二十年中,研究者們進行了大量利用DC的免疫刺激活性對抗癌症的嘗試,尤其是在Sipuleucel-T用於去勢後難治性攝護腺癌的審批通過後,DC免疫療法的轉化和臨床研究出現了一波高潮。

目前基於DC的抗腫瘤免疫治療雖然數量眾多,但最終成功通過臨床試驗驗證並得以付諸應用的只有Sipuleucel-T和T-VEC,絕大多數DC治療最後止步於臨床試驗階段。

有幾個問題可能導致這些DC腫瘤疫苗的最終療效不盡如人意:

①缺乏理想的腫瘤特異性抗原。

目標抗原應具有廣譜的腫瘤特異性,只在腫瘤細胞內表達,但並不限於一種或幾種腫瘤,尤其是在腫瘤幹細胞內亦有表達。

但目前已知的廣譜腫瘤特異性抗原極少,大多數是針對重要組織不表達或少表達的TAA。

②TAA免疫原性較弱。

雖然已有數種TAA被選擇性地作為靶點用於以DC為基礎的疫苗,但這些TAA由於特異性不足、組織分布不廣,誘導的免疫反應通常無法產生足夠強度的腫瘤排斥作用,大多數還不能作為真正的廣譜腫瘤排斥抗原。

事實上,只有極少數TAA能成為真正的腫瘤排斥抗原誘導有效的免疫效應。

如免疫原性不強,負載DC缺乏足夠的刺激T細胞成熟信號,則DC介導的將是免疫耐受,而不是免疫增強。

尤其是對於那些靶向於體內DC的療法而言,更可能存在這一隱患。

③缺乏高效誘導免疫原性DC的技術。

由於對DC來源特別是免疫原性DC前體細胞的認識不足,阻礙了免疫原性DC體外誘導、擴增技術的發展,目前在體外還難以誘導治療所需劑量的免疫原性DC。

雖然Sipulencel-T和E-VEC的設計試圖以GM-CSF在體內或體外誘導免疫原性DC,實際臨床效果並不理想。

Sipulencel-T實質上仍然是多種免疫細胞的混合物,類似DC-細胞因子誘導的殺傷細胞(CIK細胞),以致由熱至冷,臨床應用不佳。

④臨床應用個體化效率不高。

個體化和精準化醫療近年在腫瘤診斷領域得到眾多學者甚至政府部門的推崇,DC疫苗的發展一定是向安全、經濟、廣譜、特異和高效的方向精準發展。

目前,由於疫苗靶標的限制,如Sipulencel-T,只有部分患者有條件接受治療。

以腫瘤細胞裂解物或腫瘤細胞來源的RNA體外刺激自體DC的方案只適用於那些能通過活檢取得腫瘤組織的患者。

⑤DC疫苗接種途徑不符合DC分化和成熟規律。

如體外致敏DC靜脈回輸方法不能有效激活DC分化、成熟。

體外擴增的DC在局部注射後,往往缺乏遷移能力而難以成熟。

實體腫瘤免疫微環境的屏障作用使免疫細胞不易進入腫瘤內部,DC在全身回輸後歸巢至局部腫瘤病灶的數量和功能可能有限,不足以克服局部免疫耐受環境,引發足夠的免疫效應。

⑥對DC不同亞群在功能上的異質性還認識不足,如NKDC在抗腫瘤中的作用需要特別重視。

⑦缺乏可靠的分子或細胞生物學標記物用於預測DC疫苗的療效。

腫瘤形成時惡性腫瘤細胞已建立起一個複雜的免疫耐受網絡,因此限制了DC誘導的抗腫瘤免疫反應的能力。

基於DC的抗腫瘤免疫治療,目前尚無可靠的分子或細胞生物學標記物用於預測患者是否能從治療中獲益。

⑧療效評價標準錯位。

臨床試驗方面,療效評價往往選用基於影像學的實體瘤療效評價標準(RECIST)或世界衛生組織(WHO)標準,而實際上免疫治療的療效反應不同於傳統放化療,目前尚缺乏基於免疫治療的療效評價標準。

可以預見的是,一旦上述問題被逐一解決,必將研發出安全、經濟、高效、廣譜和特異的DC腫瘤疫苗用於臨床。

目前,我們正向這方面努力,並出現了可喜的曙光。

例如,體外製備和擴增能產生IL-12而不是IL-10免疫原性DC,並從腫瘤共同抗原製備不受個體MHC約束和腫瘤組織特異性限制的多肽致敏這些免疫原性DC,預期能獲得比現有DC疫苗更好的療效。

對於消化系統惡性腫瘤的免疫治療,任重而道遠。

全文詳見胃腸病學2016年第21卷第5期。

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