醫(yī)學免疫學課件：腫瘤免疫治療

1、腫瘤免疫治療Foreword“談瘤色變” 腫瘤 心腦血管疾病 慢性代謝病e.g.糖尿病 傳染性疾病e.g. AIDS, H1N1, Hepatitis, Ebola Outline Part 1 背景 Part 2 基礎知識 腫瘤抗原 腫瘤免疫效應機制 腫瘤免疫逃逸機制 Part 3腫瘤免疫治療 現(xiàn)有狀況 前景&挑戰(zhàn)Part1-Background 腫瘤(tumor)：定義：是細胞的異常增生，可由原發(fā)部位向他處浸潤轉(zhuǎn)移，侵犯要害器官引起功能衰竭，最后導致機體死亡。 人體任何部位、任何器官、任何組織幾乎都可發(fā)生腫瘤分類&命名： 良性vs惡性 實體瘤vs非實體瘤 “瘤”、“癌”、“肉瘤”、“白血病

2、”、“瘤病”？Part1-Background分類命名： 組織來源(分化方向)&生物學行為統(tǒng)一采用： 世界衛(wèi)生組織(WHO)制定的腫瘤組織學分類(第二版)Nomenclature Rules良性腫瘤 在其來源組織名稱之后加“瘤”(-oma);瘤病(-omatosis) 常用于多發(fā)性良性腫瘤或用于在局部生長的良性腫瘤：纖維瘤病(fibromatosis)、脂肪瘤病(lipomatosis)、血管瘤病(angiomatosis)。惡性腫瘤 1. 癌(carcinoma)來源于上皮組織的統(tǒng)稱，命名時在其來源組織名稱之后加“癌”字; 2. 肉瘤(sarcoma)由間葉組織(包括纖維結締組織、脂肪、肌肉

3、、脈管、骨、軟骨組織等)發(fā)生，在組織來源名稱之后加“肉瘤”(-sarcoma); 3. 癌肉瘤(carcinosarcoma)一個腫瘤中既有癌的成分又有肉瘤的成分,比較罕見。Nomenclature Rules特殊命名 有少數(shù)腫瘤不按上述原則命名，其中大多數(shù)為惡性 1. 有些因成分復雜或由于習慣沿襲，則在腫瘤的名稱前加“惡性”二字：惡性畸胎瘤、惡性神經(jīng)鞘瘤等。 2. 有些因習慣省去了“惡性”二字：淋巴瘤(lymphoma)、黑色素瘤(malignant melanoma)和精原細胞瘤(seminoma)，但仍為惡性腫瘤。 3. 有些冠以人名，如尤文肉瘤(Ewings sarcoma)和霍奇金淋

4、巴瘤(Hodgkins lymphoma)。 白血病(leukemia): 少數(shù)采用習慣名稱的惡性腫瘤。腫瘤組織學分類 (WHO)腫瘤組織學分類 (WHO)Part1-Background一般治療： 放療、化療、手術切除 思路：物理or化學手段抑制其增長并殺死細胞 副作用:會殺死正常增生細胞/ 手術切除不徹底、轉(zhuǎn)移）免疫治療： “攘外而安內(nèi)” 腫瘤免疫治療最早可追溯到1890年的COLEY毒素治療1890年的COLEY毒素治療 1890年，紐約外科醫(yī)生Coley在他開始行醫(yī)不久就收治了一位因右手持續(xù)疼痛而就診的年輕女孩。這位17歲女孩來自于美國新澤西州，剛剛結束了自己的環(huán)美旅行，卻發(fā)現(xiàn)右手變得

5、腫脹疼痛不堪。Coley對她進行了一系列治療后在一次切片中發(fā)現(xiàn)她所患的是一種結締組織的癌癥肉瘤。依據(jù)當時的治療方式，Coley進行了截肢治療，可肉瘤很快再次出現(xiàn)并蔓延全身。三個月后女孩死于家中。 女孩的去世對Coley觸動很大。他開始大量收集此類罕見但致命疾病的相關資料。最后，他找到了一名從死神魔爪中撿回性命的病人： Fred是一名德國移民，11年前，他的頸部在短時間內(nèi)長滿了肉瘤。在四次手術失敗后，一名資深外科大夫宣布 Fred 已“無藥可救”。之后，F(xiàn)red 脖子和臉上的紅斑處突然爆發(fā)了一場由鏈球菌引發(fā)的感染。當時并沒有相應的抗生素，F(xiàn)red的免疫系統(tǒng)只能獨自對抗這場感染。神奇的是，在他的白

6、細胞與病菌激烈廝殺的同時，肉瘤也隨之縮減為一道無關痛癢的疤痕。 Coley推斷Fred體內(nèi)有一些東西擊敗了癌細胞。他終其一生用細菌過濾物所進行的臨床試驗 用已死的膿鏈球菌與粘質(zhì)沙雷氏菌的過濾混合物來治療腫瘤，這種混合菌苗被稱之為“ Coley毒素”。在幾例患者身上取得了成功，然而由于Coley毒素的用法用量很難掌握，這種治療方法漸漸淡出人們的視線。用Coley毒素成功治療的面部肉瘤患者1890年的COLEY毒素治療1890年的COLEY毒素治療 有些科學家從 Coley 的研究中得到啟發(fā)，并在小鼠動物模型中嘗試重復 Coley 的試驗。 直到1975年， Carswell 等人發(fā)現(xiàn)卡介苗感染的

7、家兔兩周后通過靜脈注射大腸桿菌內(nèi)毒素，2小時內(nèi)在血清中產(chǎn)生一種腫瘤細胞毒因子，它能使動物體內(nèi)腫瘤發(fā)生出血性壞死，并對離體細胞也具有細胞毒作用。這個因子后來被命名為腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF)。 這就是腫瘤免疫治療的起源，也是TNF作為腫瘤免疫治療領域最具代表性藥物的傳奇故事。Part2-Basics腫瘤抗原 腫瘤免疫效應機制 腫瘤免疫逃逸機制Part2.1 Tumor Antigen產(chǎn)生的分子機制：在細胞轉(zhuǎn)化和癌變過程中產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)分子（基因突變） 突變的P53（50%人類腫瘤）、ras蛋白（10%人類腫瘤） 過表達的Her-2/neu（乳腺癌等）糖基化

8、等原因所導致的異常細胞蛋白質(zhì)獨特降解產(chǎn)物正常蛋白分子結構改變或不適當?shù)谋磉_隱蔽的自身抗原分子暴露（黑色素瘤抗原MAGE1、3）胚胎抗原或分化抗原的畸變表達（癌胚抗原，CEA；甲肽蛋白，AFP）致癌病毒產(chǎn)物（人類乳頭狀病毒，HPV）蛋白質(zhì)的翻譯后修飾障礙分類： 抗原特異性：TSA、TAA 誘因：物化、生物、自發(fā)Tumor specific antigen, TSA（腫瘤特異性抗原）僅僅表達于某種腫瘤細胞表面而不存在于正常細胞的新抗原。腫瘤特異性：免疫診斷、免疫治療的有效靶點 發(fā)現(xiàn)：20世紀50年代 同系動物移植排斥實驗 e.g. 甲基膽蒽（MCA）誘導小鼠肉瘤 特異性記憶性（獲得性免疫應答）抗腫

9、瘤能力可通過細胞毒性T淋巴細胞過繼T細胞免疫（為主） Tumor associated antigen, TAA（腫瘤相關抗原）既存在于腫瘤組織、細胞，也存在于正常組織、細胞的抗原物質(zhì)，只是在腫瘤細胞的表達量遠超過正常細胞，僅表現(xiàn)為量的變化而無嚴格的腫瘤特異性。 （早期診斷、療效評估、預后判斷） Embryonic antigen （胚胎抗原）-fetoprotein, AFP (甲胎蛋白) e.g. AFP與肝癌Carcinoembryonic antigen, CEA（癌胚抗原） e.g. CEA與消化道及乳腺惡性腫瘤 Tumor associated antigen, TAA（腫瘤相關抗

10、原）Tissues-specific differentiation antigen（分化抗原）e.g. MUC-1：epithelial cell mucin（上皮細胞黏蛋白） 腺癌細胞MUC-1的異常表達： 表達量：正常的10倍以上（與惡性程度呈正比） 分布：極性消失 加工修飾： 糖基化不全（新表位形成or隱蔽表位暴露）根據(jù)誘因分類物理和化學因素：多為實驗性 （TSA的證實）生物因素：transduction（genomes of viruses） 成人急性T細胞白血?。篐TLV-ICD4+ T cells. 子宮頸癌：HPV （第一支防癌疫苗） 肝癌：HBV、HCV 鼻咽癌、淋巴瘤：EB

11、V自發(fā)性：無明確誘發(fā)因素（人類大部分腫瘤）原癌基因 or 抑癌基因突變Ras (rat sarcoma, Ras)：10% of human tumorsP53： 50% human tumors其它基因突變Tyrosinase,gp100,Mart-1(melanomas/melanocytes） Part2.2-Immune surveillance （免疫監(jiān)視）細胞免疫應答（為主） Part2.2-Immune surveillance （免疫監(jiān)視）腫瘤抗原提呈 直接提呈：不需APCs 自身表達的MHC-1 + peptide 交叉提呈：外源antigen（腫瘤疫苗） APCs 胞吞 l

12、ysosome peptide ER上的MHC-1獲取 MHC-1 + peptide CD8CTLPart2.2-Immune surveillance （免疫監(jiān)視）細胞免疫應答： CD8CTL最主要的效應細胞：腫瘤抗原肽+MHC-1TCR-CD3結合 & CD4Th 的細胞因子 CD8CTL活化 脫顆粒作用:穿孔素(perforin) 凋亡信號：Fas/FasL 途徑 CD4Th 重要輔助作用：某些腫瘤抗原肽+MHC-2 &共刺激分子雙重信號激活 細胞因子IL-2、IFN-、 最好的腫瘤疫苗：同時激活 CD4Th 和CD8CTLCD8CTL對腫瘤細胞的殺傷作用 固有免疫（早期）： NK細胞

13、，gdT細胞，NKT細胞 巨噬細胞 中性粒細胞 淋巴因子Part2.2-Immune surveillance （免疫監(jiān)視）雙重作用（腫瘤微環(huán)境：“環(huán)境造就人”）體液免疫應答（有限，雙重作用） ADCC作用： IgG 類抗體能使多種效應細胞如巨噬細胞、NK 細胞、中性粒細胞等發(fā)揮ADCC 效應，使腫瘤細胞溶解。 （IgG acts as “餐具”） 補體依賴的細胞毒作用 免疫調(diào)理 抗體封閉腫瘤細胞表面某些受體 抗體干擾腫瘤細胞的粘附特性 Part2.2-Immune surveillance （免疫監(jiān)視）Complexed relationship between host and tumor

14、機體的免疫系統(tǒng)：抗腫瘤篩腫瘤：在機體的免疫監(jiān)視（選擇性壓力）下，幸存的腫瘤細胞免疫原性不斷下降（“達爾文進化論”） what doesnt kill you, makes you stronger.腫瘤：適應，逃逸（走為上策）影響機體的免疫系統(tǒng)，誘導機體免疫系統(tǒng)出現(xiàn)無功能的狀態(tài)（免疫耐受）29Cancer Immunoediting（腫瘤免疫編輯理論）敵“躲” 抗原封閉or覆蓋 MHC分子、共刺激分子表達下調(diào)：CTL識別障礙 MHC-1抗原加工提呈必須蛋白表達下調(diào) Fas分子表達障礙：抵抗細胞凋亡我“弱” T細胞信號轉(zhuǎn)導缺陷：CTL活化障礙Part2.3-Immune escape （腫瘤免疫

15、逃逸）反擊 Fas/FasL反向攻擊：CTL凋亡 免疫抑制性細胞因子：IL-10、TGF-、PGE2幫兇 調(diào)節(jié)性T細胞 Treg：免疫負調(diào)控（1995年首次提出） 腫瘤相關巨噬細胞 TAM：促進tumor, 抑制CTL, NK 髓系來源的抑制性細胞 MDSC：抑制 CD4T, CD8T, 誘導Treg 凡事都有雙面性， 這些逃逸機制也可作為腫瘤免疫治療的靶點！Part2.3-Immune escape （腫瘤免疫逃逸）Part3-Immunotherapy （腫瘤免疫治療） “值得關注的六大領域之一” 2013年Science雜志思路： 通過相關的技術方法調(diào)動宿主免疫系統(tǒng)的抗腫瘤免疫應答能力，

16、消滅已經(jīng)形成的腫瘤細胞或抑制其進一步生長與轉(zhuǎn)移。 輔助療法 與手術、化療、放療聯(lián)合 Part3-Immunotherapy （腫瘤免疫治療）腫瘤主動特異性免疫治療 （active specific immunotherapy, ASI） 腫瘤疫苗（Vaccination with Tumor Cells and Tumor Antigens） 細胞型疫苗 亞細胞疫苗 分子瘤苗 基因瘤苗Part3.1- active specific immunotherapy, ASI （腫瘤主動特異性免疫治療）細胞型疫苗：滅活的自體/異體腫瘤細胞 基因修飾增強免疫原性亞細胞疫苗：滅活的腫瘤細胞裂解物 e.g

17、. 同種異體黑色素瘤細胞裂解物 I、II期臨床研究 （客觀反應率達20%，長期存活達8%） 相對簡單（克服了能誘導T細胞產(chǎn)生特異性免疫應答的腫瘤抗原肽鑒定困難的問題），但須可靠的滅活, otherwise 腫瘤種植！Part3.1- active specific immunotherapy, ASI （腫瘤主動特異性免疫治療）分子瘤苗： a) 腫瘤多肽疫苗：人工合成TAA多肽 產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、無腫瘤種植的危險 MHC-1限制&已知抗原肽尚少 b) 病毒相關腫瘤疫苗：HPV、EBV等 病毒對TAA的放大作用 c) 獨特型疫苗：tumor抗體的抗原結合部位as an antigen 不包含實際的腫瘤

18、抗原or多肽（安全） 鼠源性單抗now 人源化抗體疫苗in research Part3.1- active specific immunotherapy, ASI （腫瘤主動特異性免疫治療）分子瘤苗： d) DC提呈的抗腫瘤抗原多肽疫苗：peptide + DC共孵育 （高反應性抗原 + 最優(yōu)的遞送系統(tǒng)） 2010年，美國FDA批準了人類歷史上第一支用于前列腺癌的治療性腫瘤疫苗自身DC提呈腫瘤抗原多肽治療性疫苗，由Dendreon公司研制，上市商品名Provenge，平均延長生存期4.1月。However良好的理論基礎（理想很豐滿） 不成熟的DC 成熟的DC 極化DC（高表達IL-12等細胞

19、因子 & 誘導腫瘤特異性Th1和CTL） 個體化DC疫苗（患者自身的DC：無MHC異體差異but患者局限性）不盡如人意的臨床效果（而現(xiàn)實） 臨床效應評估：涉及神經(jīng)膠質(zhì)瘤、黑色素瘤、結腸癌、前列腺癌等 DC細胞的功能 腫瘤微環(huán)境：免疫抑制（因子、細胞）Part3.1- active specific immunotherapy, ASI （腫瘤主動特異性免疫治療）分子瘤苗： e)熱休克蛋白-肽復合物腫瘤疫苗: HSP + peptide HSP（HSP70、HSP90、HSPgp96）instead of MHC （體外） CD4-CD8-TCRdT基因瘤苗： 已知T細胞識別的腫瘤抗原多肽gen

20、e串聯(lián) + 病毒載體 在體內(nèi)可不斷產(chǎn)生antigen，易誘導CTL，可大量生產(chǎn) 種類有限，表達水平不理想(lab) 免疫耐受Part3-Immunotherapy （腫瘤免疫治療）2. 腫瘤被動免疫治療 （ passive immunotherapy ）Antibody-based passive immunotherapy以抗體為基礎 Cytokine therapy細胞因子療法 Adoptive Cellular Therapy過繼性細胞療法Antibody-based passive immunotherapy 抗體（act as 生物導彈） + 毒素、放射性核素、化療藥物 靶向治療（提

21、高療效、減少毒副作用） + 超抗原（tumor antigen 放大） 激活CTL 抗體（抗NK或CTL）促進NK或CTL與腫瘤結合 抗血管生成因子（FGF-B、VEGF等）抑制腫瘤生長 前藥特異性活化酶前藥活化 in 腫瘤Challenges: 鼠源性人源性抗體 tumor antigen 種類豐富，多變 Part3.2- passive immunotherapy（腫瘤被動免疫治療）Part3.2- passive immunotherapy（腫瘤被動免疫治療）Cytokine therapy細胞因子療法 Cytokine gene 原核or真核細胞 細胞因子(drug) 干擾素：白血病、

22、淋巴瘤、皮膚瘤、腎肉瘤、神經(jīng)膠質(zhì)瘤等； 白細胞介素（IL-2、IL-12）：黑色素瘤、腎癌/減少化療、放療的不良反應 集落刺激因子：對抗化療、放療造成的各種血細胞的下降 腫瘤壞死因子Adoptive Cellular Therapy過繼性細胞療法 抗腫瘤活性的免疫細胞（體外培養(yǎng)） 過繼 荷瘤宿主 LAK (Lymphokine-activated killer cell) 淋巴因子激活的殺傷細胞 CAR-T (Chimeric antigen receptor-T cell) 嵌合抗原受體修飾的T細胞Adoptive Cellular Therapy過繼性細胞療法LAK (淋巴因子激活的殺傷細

23、胞)制備 NK or T細胞 體外培養(yǎng) 高劑量IL-2等細胞因子誘導 能殺傷對CTL、NK不敏感的腫瘤細胞 臨床應用 IL-2與LAK協(xié)同治療： 腎癌、黑色素瘤、肺癌、結腸癌等 （效率一般為2030%）CAR-T (嵌合抗原受體修飾的T細胞) 1989年以色列Eshhar Z首次提出 目前治療白血病的突破進展 制備： T cell gene modified 能識別腫瘤抗原特異性受體的T cell amplification 荷瘤宿主 發(fā)展： 一、二、三代CAR-T （0 to 1個或多個共刺激分子）CAR-T (嵌合抗原受體修飾的T細胞)Compared with traditional T

24、 cell, CAR-T 直接識別 tumor antigen, 無MHC限制； 可以通過增加共刺激分子信號增強T細胞殺傷性。 （克服了相關的腫瘤免疫逃逸機制）最初，由于CAR-T 細胞制備的復雜性和在個性化治療上尚無可循的盈利模式，其臨床試驗主要由幾個美國研究機構主導。近年來，隨著CAR-T 細胞治療臨床試驗在多個研究中心的巨大成功，這一領域已成為投資合作的大熱點。在國內(nèi)，多家臨床研究機構和生物科技公司也已經(jīng)開展CAR-T 細胞治療的研究和臨床試驗。目前，CAR-T細胞臨床試驗治療的成功主要體現(xiàn)在血液腫瘤中的B 淋巴細胞性白血病患者身上，并且主要局限于表達CD19抗原的腫瘤。CAR-T的臨床

25、研究時間靶抗原疾病類型轉(zhuǎn)導方法2008CEA直腸癌逆轉(zhuǎn)錄病毒載體2008CD19B淋巴細胞腫瘤逆轉(zhuǎn)錄病毒載體2012CD4HIV逆轉(zhuǎn)錄病毒載體2012HER2乳腺癌PiggyBac轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)2012CD20非霍奇金淋巴瘤逆轉(zhuǎn)錄病毒載體2013CD19B淋巴細胞腫瘤睡美人系統(tǒng)2014PSCA前列腺癌慢病毒載體CAR-T面臨的問題安全問題： “脫靶效應”：大多靶抗原在正常組織中也會有少量表達，導致CAR-T細胞與之發(fā)生反應而引起組織損傷。 e.g. 2006 年首次報道CAR-T療法引起的脫靶效應導致肝臟毒性損傷。 最近，研究人員用第三代靶向HER2 /neu 的CAR-T淋巴細胞治療導致1 例晚

26、期直腸癌患者死亡，推測由于肺、肝臟等正常組織均表達HER2 /neu 抗原，高劑量的CAR-T 細胞引起了脫靶效應，導致患者多器官衰竭而死。CAR-T面臨的問題 “細胞因子風暴”： 第二、三代CAR中引入了單或雙共刺激分子，以有利于淋巴細胞的持續(xù)活化。然而信號泄漏或T細胞激活閾值的降低可能造成炎癥細胞因子如TNF-、IL-1、IL-6、IL-12、IFN-、IFN- 等大量釋放入血，進而引起以急性呼吸窘迫綜合征和多器官功能衰竭。CAR-T面臨的問題幾點建議 (by2010 年美國重組DNA 咨詢委員會): 引入自殺基因的人工調(diào)控開關，發(fā)生相關的毒性反應時通過誘導轉(zhuǎn)染自殺基因的T細胞凋亡而減輕毒

27、性反應； 第二，嚴格按期臨床試驗進行治療，從低劑量的T細胞數(shù)目開始輸注，防止速發(fā)的細胞毒性； 構建雙靶抗原CARs，提高腫瘤靶向性； 在應用第二、三代CAR-T 細胞治療時應不使用或謹慎使用IL-2，降低潛在細胞毒性； 低劑量多次輸注CARs修飾中樞記憶T細胞和干細胞樣記憶T細胞可建立免疫記憶的潛能、增加抗腫瘤特異性和減少對健康組織的損傷。Achievements腫瘤疫苗（Vaccination with Tumor Antigens） Sipuleucel-T由特異性PAPGM-CSF融合蛋白在體外誘導出特異性DC疫苗（生存期延長了4.1個月），2010年由FDA批準用于前列腺癌的臨床治療，

28、在腫瘤免疫治療歷史上具有里程碑式的意義，是疫苗治療成功的范例。細胞治療（Adoptive Cellular Therapy） LAK、CAR-T和TCR轉(zhuǎn)基因 CAR-T，對淋巴細胞白血病及淋巴瘤的治療在臨床上取得了巨大的成功。諾華制藥公司與賓夕法尼亞大學聯(lián)合開發(fā)的CTL019，治療39例罕見并致命的急性淋巴細胞白血病兒童，有36例兒童(92%)在輸入該藥物后經(jīng)歷了完全緩解。6個月后，70的響應者仍處于緩解中，75的兒童仍存活；在5例濾泡性淋巴瘤患者中達到了100%的緩解率和80的完全緩解率；使511例彌漫大B細胞淋巴瘤患者腫瘤縮小，到第3個月時，36的人未顯示有疾病跡象；在24例慢性淋巴細胞白血病的治療中，達到42的緩解率，一半的受試者出現(xiàn)完全緩解，在9個月的隨訪中，有68的總生存率。 Achievements抗體（antibody） e.g.白血病 Campath-H（抗CD52的單抗） 特異性地識別表達在所有淋巴細胞和單核細胞表面CD52抗原，并與之結合殺傷淋巴細胞，在治療T細胞性幼淋巴細胞白血病、慢性淋巴細胞白血病的治療中療效顯著。 此外，血干細胞移植的治療中， Campa