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肿瘤生物治疗进展-细胞治疗山东大学药学院张建一、肿瘤生物治疗概念的演变手术治疗、放射治疗（放疗）、化学治疗（化疗）是应用机械、物理和化学的原理来治疗肿瘤.生物治疗是应用生物大分子（细胞、核酸、蛋白质和肽）或调节生物反应的小分子化合物来治疗肿瘤。1894,WilliamB.Coley,纽约外科医生一位广泛扩散的肉瘤患者，其肿瘤部位发生链球菌感染肿瘤完全消退是否是由于链球菌感染而导致肿瘤消退呢？January12,1862–April16,1936AstoryColey采取了大胆的行动!注射活的链球菌治疗没有治愈希望的、不能手术的肉瘤患者肿瘤完全消退!灭活的链球菌和变形杆菌的混合物（Coley毒素）对1000患者治疗，约40%的到明显的治疗效果Coley与他的女儿Dr.HelenColeyNauts利用细菌成分活化免疫系统，可以诱导部分晚期肿瘤患者的持续缓解!!!Coley是肿瘤生物治疗的鼻祖现代肿瘤生物治疗起始于1986年美国食品药品监督管理局（FDA）批准干扰素上市。抗病毒抗肿瘤•肿瘤的发生•癌基因突变/抑癌基因缺失或基因表达调控失常，肿瘤细胞的信号通路与正常细胞的信号通路存在一定的差异。生物治疗借助肿瘤细胞与正常细胞之间的差异，以核酸、蛋白、细胞和小分子化合物为治疗介质，以肿瘤特异性信号通路为主要作用靶点，发展肿瘤选择性强、毒副反应低、高治疗指数的治疗技术和药物。•有足够的临床证据表明，生物治疗不仅能治疗临床可见的肿瘤，而且能延长肿瘤患者的生存期，改善预后。•这种治疗水平保障了生物治疗成为继手术、放疗、化疗之后的第四种肿瘤治疗策略。二、生物治疗技术和药物分类•目前已用于临床的生物治疗技术和药物主要包括：•细胞因子•单克隆抗体•免疫效应细胞•免疫刺激剂•基因药物和免疫毒素•作用于特定分子靶点的非细胞毒性小分子药物三、免疫系统在抗肿瘤中的作用细菌：结核菌葡萄球菌真菌病毒：流感脊髓灰质炎寄生虫：绦虫疟原虫蠕虫攻击防御免疫系统---人体的防御体系•清除细菌、病毒、外来异物；•消除体内衰老细胞以及发生突变的细胞(有的突变细胞会变成癌细胞)。•对于健康的人来说，其免疫系统的强大足以及时清除突变的癌细胞。机体免疫系统和癌细胞相互作用的结果决定了癌症的最终演变。清除期平衡期逃逸期•对于癌症病人来说，普遍存在免疫系统低下，不能有效地识别、杀灭癌症细胞;另一方面，癌症细胞的大量增殖会进一步抑患者的免疫功能，而且癌症细胞有多种机制来逃脱免疫细胞的识别与杀伤。•1.什么是免疫？•我们生存在一个充满复杂感染源的、敌对的世界里，我们的机体可以利用许多机制来防御外来微生物的侵袭，保护机体健康，这种防御能力被称为免疫。免疫的类型•天然免疫反应：先天就具备的对某种病原体的免疫力,具有遗传性，是机体抵御病原体侵袭的第一道防线；•获得性免疫反应：后天获得、具有针对性、具有免疫记忆性。•2.免疫系统的组成•免疫器官：骨髓、胸腺、脾脏、淋巴结、扁桃体、小肠集合淋巴结、阑尾等；•免疫组织：消化道、呼吸道粘膜内存在的许多无被膜的淋巴组织；•免疫细胞：淋巴细胞、单核吞噬细胞等•免疫分子：补体、免疫球蛋白、细胞因子等3.免疫系统分布免疫系统功能功能生理性(有利)病理性(不利)免疫防御防御病原微生物侵害超敏反应/免疫缺陷免疫自稳清除损伤或衰老的细胞自身免疫病免疫监视清除复制错误/突变细胞细胞癌变/持续感染4.发挥免疫应答的成员？免疫细胞免疫分子•天然免疫系统：•肥大细胞、单核/巨噬细胞、中性/嗜碱性粒细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞；•特异性免疫细胞：•T细胞、B细胞对细胞残片及病原体进行噬菌（即吞噬以及消化），并激活淋巴细胞或其它免疫细胞，令其对病原体作出反应。在抗肿瘤免疫中，巨噬细胞具有抗原递呈功能，参与调节T细胞的特异性免疫应答。作为清道夫细胞清除机体死亡细胞和细胞碎片。巨噬细胞（M）在不同组织中其名称不同细胞名称位置肺泡巨噬细胞肺泡组织细胞结缔组织库佛氏细胞肝神经胶质细胞神经组织上皮样细胞肉芽肿蚀骨细胞骨窦内皮细胞脾系膜细胞肾粒细胞:中性粒细胞-吞噬并杀灭病原微生物；嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞-抵抗寄生虫，与过敏反应有关。颗粒中含有多种酶和毒性蛋白，在细胞活化时释放并杀灭病原体。DC细胞摄取病原体后变为成熟的DC细胞初始T细胞活化的T细胞DC是天然免疫和获得性免疫应答之间的桥梁树突状细胞(DC)天然免疫获得性免疫DCDC是天然免疫和获得性免疫应答之间的桥梁淋巴细胞:TBNK获得性免疫天然免疫红细胞淋巴细胞:小,无特征HE染色电镜观察无功能活性---初始淋巴细胞遇到抗原后,成为活化的淋巴细胞,并进一步分化为全功能的淋巴细胞,即效应淋巴细胞。B淋巴细胞(B细胞)T淋巴细胞(T细胞)B-细胞受体(BCR)抗体-免疫球蛋白膜型免疫球蛋白T-细胞受体(TCR)杀伤活化调节获得性免疫细胞记忆性T细胞记忆性B细胞活化杀伤病毒或胞内病原体感染的细胞---CD8+T细胞辅助性T细胞为其它细胞的活化和功能提供必须的信号---CD4+T细胞调节性T细胞抑制其它淋巴细胞的活性并协助控制免疫应答效应性T细胞调节杀伤自然杀伤细胞（Naturalkillercells，NK）•形态比T、B细胞大，胞质中有特殊的颗粒，含有毒性蛋白,不需要特异性免疫刺激，即能够在体外杀伤某些肿瘤细胞系。•是天然免疫的重要成员,在获得性免疫应答之前对控制病毒感染非常重要；•在外周血单个核细胞中占10%-15%，淋巴结和组织中较少。不表达抗原特异性受体，也不形成免疫记忆。NK细胞是机体早期抗病毒的重要成员四、抗肿瘤免疫机制免疫细胞如何发挥抗肿瘤作用？•免疫系统识别“自我”与“非我”•肿瘤细胞表达肿瘤抗原1.什么是肿瘤抗原？•肿瘤特异性抗原(TSA):仅在肿瘤细胞上表达;•肿瘤相关性抗原(TAA):在某些肿瘤细胞上表达，也在某些正常细胞上表达。泛指在肿瘤发生、发展过程中新出现或过度表达的抗原物质。机体产生肿瘤抗原的可能机制为：•①基因突变；•②细胞癌变过程中使原本不表达的基因被激活；•③抗原合成过程的某些环节发生异常（如糖基化异常导致蛋白质特殊降解产物的产生）；•④胚胎时期抗原或分化抗原的异常、异位表达；•⑤某些基因产物尤其是信号转导分子的过度表达；•⑥外源性基因（如病毒基因）的表达。1．感应阶段：1）抗原递呈细胞（APC）对外源性抗原的加工、处理、递呈2）T细胞对抗原的识别2.反应阶段3.效应阶段2.获得性细胞免疫应答的基本过程APC感应阶段反应阶段效应阶段抗原递呈细胞CD8+T•抗原递呈功能•MHC限制性APCAPCB细胞浆细胞（产生抗体）T细胞细胞毒性T细胞（CTL）辅助性T细胞(Th)感染部位滞留在淋巴组织中活化B细胞骨髓产生抗体释放到血液中效应细胞•CTL细胞介导的免疫应答可直接杀伤肿瘤细胞;•Th细胞可以活化免疫系统的其它成分，在控制具有免疫原性肿瘤细胞的生长中起重要的作用。（1）CTL杀伤靶细胞的机制靶细胞CTL循环凋亡解离CTL胞外分泌颗粒CTL与靶细胞结合CTL细胞质重排(2)体液免疫•体液免疫为B细胞介导的免疫，B细胞受抗原刺激后活化、增殖、分化，形成浆细胞并分泌抗体，由于主要是血清或血浆中的抗体发挥免疫效应，故称为体液免疫。抗体的抗肿瘤机制?A.激活补体系统溶解肿瘤细胞跨膜孔道•B.抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用(ADCC)C.抗体的调理作用肿瘤细胞巨噬细胞抗体与肿瘤细胞表面的相应抗原结合溶酶体被调理的肿瘤细胞结合到M的FcR上，并被M吞噬形成吞噬体吞噬溶酶体形成，杀伤肿瘤细胞抗体•D.抗体的封闭作用•细胞恶变后其表面可过表达某些受体，这些受体与其相应的配体结合后可刺激肿瘤细胞生长。•针对这些受体的抗体可通过封闭肿瘤细胞表面的受体阻碍其功能，从而抑制肿瘤细胞的增殖。•E.抗体改变肿瘤细胞的粘附特性•抗体与肿瘤细胞膜表面的抗原结合后，可干扰肿瘤细胞的粘附特性，阻止其克隆形成及与血管内皮的粘附，从而有助于控制肿瘤细胞的生长和转移。•抗肿瘤抗体虽然能够通过上述几种方式发挥作用，但一般认为，体液免疫在抗肿瘤免疫中只处于从属地位。•细胞免疫在抗肿瘤免疫中发挥重要作用3.天然免疫应答•（1）自然杀伤细胞（NK）•NK是机体重要的免疫细胞，对于抗肿瘤、抗病毒感染非常重要。NK细胞抗肿瘤机制A.释放毒性颗粒:NK细胞含有毒性酶，穿孔蛋白-穿孔素，穿透细胞膜并诱导细胞凋亡。NK靶细胞•B.细胞因子介导的肿瘤抑制作用:•活化的NK细胞释放大量细胞因子,如IFN-,TNF-/,GM-CSF,IL-12。•干扰素(IFN-)抑制细胞增生，引起多种肿瘤细胞凋亡,抗肿瘤新生血管形成，抑制肿瘤转移，是巨噬细胞主要的活化因子。C.抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用(ADCC)（2）巨噬细胞（M)活化的M与肿瘤细胞结合后通过溶酶体酶等直接杀伤肿瘤细胞；•活化的M还可分泌TNF、NO等细胞毒性因子而间接杀伤肿瘤细胞；抗原递呈作用杀伤肿瘤分泌细胞因子IL-1IL-6TNF-IL-8GM-CSF酶溶菌酶酸性水解酶赖氨酸酶酯酶胶原蛋白酶弹性纤维蛋白酶前列腺素补体成分纤维蛋白结合蛋白凝血因子其它因子M还可通过ADCC杀伤肿瘤细胞巨噬细胞活化的巨噬细胞•作为递呈抗原的APC，活化T细胞；抗原T细胞受体T淋巴细胞抗原递呈细胞（M）抗原肽T淋巴细胞T细胞受体MHC-抗原肽复合物五、过继性免疫效应细胞治疗•过继性免疫效应细胞治疗（Adoptivecellularimmunotherapy，ACI）是转输体外培养、修饰的效应细胞，如淋巴细胞和其它免疫细胞，治疗疾病。•细胞治疗可以被认为是利用自体或异体细胞，替换、修复或增强受损伤组织的或系统的生物功能的一种策略。•ACI治疗肿瘤：•具有抗肿瘤活性的免疫细胞转输给肿瘤患者，清除术后和化疗后的残留肿瘤细胞；•预防复发和转移，根治肿瘤；•毒副作用低，特异性高；•是联合治疗肿瘤的重要部分。I.非特异性免疫细胞NK细胞巨噬细胞DCsLAKsCIKsTLR激动剂刺激免疫细胞II.抗原特异性T细胞CTLTILACI的类型：I.非特异性免疫细胞1.NK细胞用于过继转输Science.2011,7;331(6013):44–49.NK细胞被认为是抗肿瘤免疫的关键效应细胞肿瘤可以发展多种机制逃逸NK细胞的攻击或者诱导NK细胞功能缺陷NK细胞在肿瘤患者中功能低下JBiomedicineandBiotechnology,2011免疫监视功能缺陷免疫抑制Systemadministration细胞因子自体NK细胞(IL-2,IL-12,IL-15,IL-18,IL-21,typeIIFNs，免疫调节药物)体内活化NK细胞治疗肿瘤的策略抗体(anti-HER-2MAb;anti-CD20MAb;anti-EGFRMab)InfusionADCCNATUREIMMUNOLOGY2008,9(5):486In1980Table2ClinicaltrialsusingstrategiestomodulateNKcellfunctions(continued)Table2ClinicaltrialsusingstrategiestomodulateNKcellfunctions(continued)Rituximab:anti-CD20;Trastuzumab:anti-HER2;Daclizumab:anti-IL-2RaExvivo自体NK细胞单倍体相合的NK细胞细胞因子(IL-2,IL-12,IL-15,IL-18,IL-21,type-1IFNs，免疫调节药物)通过细胞因子刺激,肿瘤患者的本身的NK细胞难于有效回复抗肿瘤功能自身免疫细胞在体外活化NK细胞的临床应用•(1)原代NK细胞•通过免疫磁珠的方法纯健康供体NK细胞,这些NK细胞具有正常的细胞表面标志、胞内细胞因子、穿孔素和颗粒酶B。供者患者•过继转输原代NK细胞•原代NK细胞在体外扩增和活化13-21天,大大提高转移的肾细胞癌患者的临床反应。•NK细胞在外周血中的比例低(10–15%)，不能持续增殖；•产生高纯度的、大量的自体或异基