第22章癌症和免疫系统

第第 22 章章 癌症和免疫系统癌症和免疫系统 随着西方世界感染疾病的死亡人数的降低，癌症成为第二死因， 仅次于心脏病。目前估计美国三分之一的人会患上癌症，五分之一 的人会死于癌症。从免疫学的角度来看，肿瘤细胞可以被视为被改 变的自身细胞逃脱了正常生长调节机制。这章检查癌细胞的独特属 性，特别注意那些能够被认可的免疫系统的属性。免疫反应发展到 癌症细胞，以及癌症设法逃避这些反应的方法，然后被发现。最后 一节描述了当前临床与实验对癌症的免疫疗法。 癌症癌症:起源和术语起源和术语 在大多数成熟的动物器官和组织中，平衡通常保持在细胞更新和 细胞死亡之间。在体内各种类型的成熟细胞有一个给定的生活跨度； 当这些细胞死去,新的细胞就由各种类型干细胞的增殖和分化而生成。 在正常情况下,新产生的细胞是受监管的，为了保持各种特定类型细 胞的数量不变。不过，偶尔，细胞不受正常生长调控机制调控而产 生。这些细胞通过细胞克隆增长，可以扩展到相当大小，生成肿瘤。 不能够无限增长和不广泛侵犯周围的健康组织的肿瘤是良性的。 持续增长，逐渐地侵袭的肿瘤是恶性的；癌症这个词特指恶性肿瘤。 除了不受控制增长，恶性肿瘤还表现出转移；在这个过程中，一小 群癌细胞从肿瘤中移走，侵入血管或淋巴管,被运到其他组织，继续 增殖。这样一个位点的原始肿瘤就能在另一个位点生成第二个肿瘤。 （如图 22-1） 恶性肿瘤或癌症分类根据的胚胎起源组织的肿瘤派生的。大多 数是癌( 80%)，肿瘤出现在内胚层和外胚层的组织如皮肤或内部器 官和腺体上皮衬里。如结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌。白血病 和淋巴瘤是骨髓造血细胞生成的恶性肿瘤，导致美国 9%的癌症发病 率。白血病增长为一个个单细胞,而淋巴瘤往往生长成肿块。肉瘤来 自中胚层的结缔组织如骨骼、脂肪、软骨，产生频率更少(美国大约 有 1%的发病率)。 恶性转化细胞恶性转化细胞 用化学致癌物质,辐射和某些病毒处理正常培养的细胞，可以改 变他们的形态和生长属性。在某些情况下这个过程被称为转换, 当 注入动物体内时细胞能够产生肿瘤。据说这样的细胞发生了恶性转 变，他们经常表现出类似体外的癌症细胞的属性。例如他们减少了 生长因子和血清的需求，不再贴壁，生长是以非密度制约的方式。 此外，肿瘤细胞和转化细胞都可以无限期继代培养；实际上,他们是 不死的。因为癌症和转化细胞的相似特征，恶性转化的过程作为癌 症诱导的模型已进行了广泛研究。 导致突变的各种化学药剂(如 DNA-alkylating 试剂)和物理因素(如 紫外线和电离辐射)已被证明引起转化。化学或物理致癌物质诱发的 恶性转变涉及多个步骤，至少两个不同的阶段:启动和推广。启动涉 及基因组的变化但本身不导致恶性转变。启动后,启动子刺激细胞分 裂并导致恶性转变。 疾病说明了癌症诱导诱变的重要性，如着色性干皮病等。这种 罕见的疾病是由被称为 UV-specific 核酸内切酶的基因编码 DNA- repair 酶缺陷引起的。这种病的人无法修复 UV-induced 突变，因此 导致皮肤癌。 大量的 DNA 和 RNA 病毒已被证明诱发恶性转变。研究最多的 两个是 SV40 和多瘤病毒。在这两种情况下, 随机整合到宿主染色体 DNA 的病毒基因组包括一些早期被表达病毒复制的基因。SV40 编码 两个早期的蛋白质称为大 T 和小 T，多瘤病毒编码三个早期的蛋白 质称为大 T 中 T 和小 T 。每种蛋白质起着感染病毒细胞的恶性转化 作用。 大多数 RNA 病毒在细胞溶质中复制，不诱发恶性转变。例外 是逆转录病毒，通过逆转录酶转录 RNA 进 DNA，然后结合副本进入 宿主的 DNA。这一过程的细胞病变类似逆转录病毒 HIV- 1 和 HIV 2，在逆转录病毒转化中引起宿主的变化，导致恶性转变。在某些情 况下，retrovirus-induced 转换与被逆转录病毒携带的癌基因的存在 相关。 研究最好的转化逆转录病毒之一是劳斯氏肉瘤病毒。这种病毒 携带一个在蛋白质催化磷酸酪氨酸残基的添加的编码 60-kDa 蛋白激 酶(v-src)的致癌基因 v-src。第一个证据表明致癌基因可以诱导恶性 转变来自研究劳斯氏肉瘤病毒的 v-src 致癌基因。当这种致癌基因被 克隆和被转染在培养的正常细胞，这些细胞就会遭受恶性转化。 致癌基因与癌症诱导致癌基因与癌症诱导 1971 年，霍华德明认为致癌基因可能不是是唯一改变病毒的 基因，但也可能在正常细胞被发现；事实上，他提议病毒可能从受 感染的细胞的基因组获得癌基因。为了区分病毒的同行(v-onc)，他 称这些细胞的基因为原癌基因或细胞的癌基因(c-onc)。在 1970 年代 中期，J. M. Bishop and H. E. Varmus 确定正常鸡细胞的 DNA 序列与劳 斯氏肉瘤病毒的 v-src 同源。这种细胞的致癌基因被定位为 c-src。因 此这些早期发现的众多细胞癌基因被确定。 病毒癌基因和细胞癌基因序列比较显示，它们在进化过程中高 度保守。虽然大多数细胞癌基因由一系列外显子和内含子组成，病 毒同行由连续编码序列组成，表明该病毒可能通过一个在 RNA 加工 中被删除的中间 RNA 副本内含子序列获得致癌基因。病毒癌基因的 实际编码序列和相应的原癌基因表现出高度同源性；在某些情况下， 点突变从相应的原癌基因中区分了病毒致癌基因。现在致癌基因(包 括病毒的和细胞的)已经成为最明显的，即使不是全部，来自编码各 种生长调控蛋白的细胞基因。此外，由特定癌基因编码的蛋白质与 其相应的原癌基因似乎有非常相似的功能。如下所述，在一个正常 生长调控蛋白的表达水平说，一个原癌基因和致癌基因的转换似乎 在许多情况下伴随着改变。 癌症相关基因有许多功能癌症相关基因有许多功能 在正常组织内稳态是维持一个为了平衡细胞死亡高度调节细胞 增殖的过程。如果有一个不平衡,在细胞增殖的阶段或细胞死亡的阶 段，那么恶性状态就会发展。致癌基因和肿瘤抑制基因在这一过程 中起着重要的作用，调节着细胞增殖和细胞死亡。癌症相关的基因 可以分为三个类别，表 22-1 对反映这些不同的活动进行了总结。 细胞增殖的诱导细胞增殖的诱导 一个类别的原癌基因和致瘤的同行编码诱导细胞增殖的蛋白质。 其中的一些蛋白质起生长因子或生长因子受体的作用。其中包括编 码血小板源生长因子的形成的 sis 和编码生长因子受体的 fms，erbB，神经膜。在正常细胞中,生长因子及其受体的表达是受监 管的。通常，一个种群细胞分泌的细胞生长因子作用于另一个种群 细胞的受体,从而刺激增殖第二个种群。生长因子或其受体不恰当的 表达都可能导致失控增殖。 这类其他致癌基因编码的产物在信号转导通路起作用或作为转 录因子。src和abl致癌基因编码酪氨酸激酶，ras致癌基因编码一个 GTP-binding蛋白。这些基因的产物作为传感器的信号。Myc,jun和fos 致癌基因编码转录因子。这些致癌基因的过度活跃可能导致不受监 控的增殖。 细胞增殖的抑制细胞增殖的抑制 第二种癌症相关基因肿瘤抑制基因或抗癌基因编码的蛋白 质抑制细胞增殖过度。这些基因的失活导致不受监控的扩散。这一 类癌基因的原型是Rb，眼癌基因。遗传性视网膜细胞瘤是一种罕见 的儿童癌症，肿瘤从不成熟的视网膜的神经前体细胞发展而来。受 感染的孩子继承了Rb等位基因的变异；剩下的Rb等位基因的体内失 活导致肿瘤的生长。人类癌症中最频繁的基因异常可能是p53的突变， 它编码一个核磷蛋白。超过90%的小细胞肺癌和超过50%的乳腺癌和 结肠癌已经被证明与p53的突变有关。 程序性细胞死亡的监控程序性细胞死亡的监控 第三类癌症相关基因调节程序性细胞死亡。这些基因编码的蛋 白阻止或诱导细胞凋亡。这一类致癌基因包括bcl-2，抗凋亡基因。 这种致癌基因最初被发现的，因为它与B细胞滤泡淋巴瘤关联。 自 发现以来，bcl-2已被证明在造血作用下调节细胞的生存和在成熟期 被选择的B细胞或T细胞的生存发挥重要作用。有趣的是，巴尔病毒 包含一个基因与bcl-2有序列同源性并可能以类似的方式抑制细胞凋 亡。 原癌基因可以转化为致癌基因原癌基因可以转化为致癌基因 1972年，R . J . Huebner和G. J . Todaro暗示由致癌物质或病毒造 成的原癌基因的突变或基因重组可能会改变正常监管这些基因的功 能，将它们转化为强有力的致癌基因(图22-2)。相当多的证据支持这 一假设，在接下来的几年逐渐增加。例如，一些恶意转化细胞包含 多个细胞致癌基因副本，导致致癌基因产物增加产量。细胞致癌基 因的扩增从各种类型的人类癌症中观察到。几组已经确定了c-myc 癌基因在癌细胞的染色体的均匀染色区域(HSRs)，这些HSRs代表放大 基因的长串联阵列。 此外，一些肿瘤细胞表现出染色体易位,通常是原癌基因从一个 染色体位点运动到另一个(图22-3)。在许多伯基特淋巴瘤的病例中， 例如，发现c-myc是从正常的位置8号染色体上移动到附近的14号染 色体免疫球蛋白重链增强子上。由于这种易位，合成的c-myc蛋白能 作为转录因子增加。 原癌基因的突变也与细胞转化有关联，它可能是一个主要机制， 通过化学致癌物质或x射线把原癌基因转变成诱导癌症的致癌基因。 例如，c-ras点突变被检测到一些人类癌症的一个重要部分，包括膀 胱癌、结肠癌和肺癌。其中一些突变似乎减少Ras与GTP酶激蛋白关 联的能力，从而延长Ras生长活化状态。 病毒整合到宿主细胞基因组本身可能使原癌基因转换成致癌基 因。例如，禽白血病病毒(ALV)是一种逆转录病毒，不携带任何病毒 癌基因,但能够把B细胞转变为淋巴瘤。这一特殊的逆转录病毒被证 明能够和c-myc原癌基因整合，它包含三个外显子。c-myc外显子1有 一个未知功能；外显子2和3编码Myc蛋白。外显子1和外显子2之间 AVL的插入已被证明在某些情况下允许前病毒启动子增加外显子2和3 转录，导致增加c-Myc的合成。 各种肿瘤的表达明显已经被证明增加生长因子或生长因子受体 的水平。由c-erbB编码的表皮生长因子受体的表达，已被证明在许多 肿瘤细胞中放大。在乳腺癌中，由c-neu编码的生长因子受体的合成 增加与不良预后有关。 癌症诱导是一个多步的过程癌症诱导是一个多步的过程 从正常细胞发展到癌变细胞通常是一个多步骤的克隆进化流程， 推动一系列体细胞突变从正常生长逐步转化为癌前状态和最后癌变 状态。 在癌症的发展中，癌前和癌细胞中无数染色体异常的存在给予 支持多种突变。这已经被证实在人类结肠癌，进展在一系列明确的 形态阶段(图22-4)。结肠癌从小开始，良性肿瘤称为结直肠上皮腺瘤。 这些癌症早期的肿瘤生长，逐渐变成越来越混乱的细胞内组织，直 到他们获得恶性表型。这些定义良好的结肠形态阶段癌症相关基因 序列的改变涉及三个抑癌基因(APC、DCC和p53)的失活或缺失和一个 细胞增殖致癌基因(K-ras) 的激活。 研究转基因小鼠也支持癌症诱导的多个步骤。转基因小鼠Bcl-2 高水平的表达发展小休息B细胞的种群，来源于二级淋巴滤泡，大大 延长寿命。渐渐地这些转基因小鼠发展淋巴瘤。从这些小鼠淋巴瘤 的分析表明大约一半发现有c-myc易位到免疫球蛋白重链场所。Myc 和Bcl-2的协同突出显示双转基因小鼠由bcl-2+转基因小鼠myc+转基因 小鼠交配产生。这些小鼠白血病发展非常迅速。 肿瘤的免疫系统肿瘤的免疫系统 肿瘤的免疫系统被归类为淋巴瘤或白血病。淋巴瘤作为实体肿 瘤在淋巴组织里增殖，如骨髓、淋巴结或胸腺；他们包括霍奇金和 非霍奇金淋巴瘤。白血病趋向于以单个细胞增殖，被发现在血液或 淋巴中细胞数量增加。白血病可以发展为淋巴的或骨髓的血统。 从历史上看，根据临床的进展白血病分为急性或慢性疾病。急 性白血病突然地出现和发展非常迅速，而慢性白血病不那么咄咄逼 人，发展是缓慢温和的，几乎是没有症状的疾病。这些临床区别应 用于未得到治疗的白血病；目前的治疗，急性白血病往往有良好的 预后，永久缓解通常可以实现。 现在急性的和慢性的主要区别涉 及细胞的成熟度。急性白血病往往出现在不成熟细胞，而慢性白血 病出现在成熟的细胞。急性白血病包括急性淋巴细胞性白血病(ALL) 和急性粒细胞性白血病(AML)；这些疾病可以在任何年龄，发展有一 个快速的开始。慢性白血病包括慢性淋巴细胞白血病(CLL)和慢性粒 细胞性白血病(CML)；这些疾病发展缓慢，出现在成年人中。 大量的B和T细胞白血病和淋巴瘤涉及到一个原癌基因转移到免 疫球蛋白基因或T细胞受体基因。最好的一个特点是c-myc在Burkitt的 淋巴瘤和老鼠浆细胞瘤易位。在75%Burkitt的淋巴瘤患者里，c-myc 从8号染色体免疫球蛋白重链基因集群到14号染色体上(见图22-3b)。 在剩余的病人，c-myc仍在8号染色体上，或者轻链基因转移到c- myc的3区。基因易位从2号染色体到 8号染色体出现在9%的时间， 基因易位从22号染色体和8号染色体出现在16%的时间。 集群在14号染色体上c-myc免疫球蛋白重链基因的易位进行了分 析，在某些情况下，整个c-myc基因头对头转移到重链增强器旁的区 域。在其他情况下，c-myc的外显子1，2和3或外显子2和3头对头转 移到S或 S开关位点(图22-5)。在每种情况下，易位删除myc编码 外显子从8号染色体运营的监管机制，把他们放在免疫球蛋白基因区 域，一个在这些细胞表达非常活跃的区域。在转基因小鼠的淋巴细 胞增强子介导高水平的myc表达后果进行了研究。在一项研究中，包 含一个转基因组成的三个c-myc外显子和免疫球蛋白重链增强子的小 鼠生产。15个转基因的幼崽出生，出生几个月后，有13个发展成b细 胞淋巴瘤的血统。 肿瘤抗原肿瘤抗原 肿瘤免疫学的分支涉及到肿瘤细胞上的抗原，这些抗原的免疫 反应的研究。两种类型的肿瘤抗原已确定肿瘤细胞:肿瘤特异性移植 抗原（TSTAs）和肿瘤相关移植抗原(TATAs). 肿瘤特异性抗原的肿瘤 细胞的独特和不在体内正常细胞发生。他们可能是由于肿瘤细胞产 生改变的细胞蛋白的突变；这些蛋白的胞浆处理会引起，与MHC I类 分子的新型肽，通过肿瘤特异性诱导细胞介导的反应（图22） 。肿瘤 细胞的肿瘤相关抗原，这是不唯一的，可能是蛋白质是表达于正常 细胞胎儿发展的免疫系统不成熟，无法回应时，但这通常不在成人 的表达。在肿瘤细胞中编码胚胎基因的蛋白质的激活导致它们的表 达对完全分化的肿瘤细胞。肿瘤相关抗原也可能是蛋白，这通常表 示在极低水平正常细胞，但表达水平更高，对肿瘤细胞。现在清楚 的是，肿瘤抗原被人类的T细胞分为四大类： 由基因编码表达肿瘤抗原 通过不同形式的正常基因，突变的基因编码的抗原 通常仅表达在分化的某些阶段或只有一定的分化谱系的抗 原 在特定肿瘤过度表达的抗原 许多肿瘤抗原的细胞的蛋白质，引起了MHC分子的肽；通常， 这些抗原被他们诱导抗原特异性细胞毒性T细胞和辅助性T细胞的增 殖能力鉴定。 某些抗原的肿瘤特异性某些抗原的肿瘤特异性 肿瘤特异性抗原已在物理或化学致癌物和某些病毒引起的肿瘤 诱导的肿瘤识别。证明对自发产生肿瘤肿瘤特异性抗原的存在是特 别困难的，因为这样的肿瘤免疫反应消除了所有的肿瘤细胞带有足 够数目的抗原，并以这种方式选择用于细胞带有抗原的低水平。 化学或物理诱导肿瘤抗原化学或物理诱导肿瘤抗原 甲基胆蒽和紫外线是致癌物质，已被广泛使用并产生肿瘤细胞 系。当同系动物注射死亡细胞的致癌物诱导的肿瘤细胞系，动物发 展的一种特异性免疫反应，可以防止以后同样肿瘤细胞系的活细胞 的挑战，但不是其他的肿瘤细胞系（表22-2） 。即使同一化学致癌物 诱导的两个独立的肿瘤在同一动物在不同的地点，不同的肿瘤抗原， 肿瘤免疫反应并不能防止其他肿瘤。肿瘤特异性移植抗原的化学诱 导的肿瘤已很难描述，因为它们不能被诱导的抗体识别只能通过他 们的T细胞介导排斥。一个实验的方法，允许识别基因编码的一些 TSTAs在图22-7概述。当小鼠乳腺癌细胞系（TUM +） ，这引起了逐渐 增长的肿瘤，是一种化学诱变剂处理体外培养的细胞发生突变，使 它们不再有能力成长为在同系小鼠的肿瘤。这些突变的肿瘤细胞作 为tum-变异体。大多数tum-变异体已表现出TSTAs并非由原tum+肿瘤 细胞系中表达。当tum-细胞注射到同系小鼠的肿瘤，细胞表达的特 异性CTL识别的独特TSTAs。TSTA特异性CTL破坏tum-肿瘤细胞，从而 阻止肿瘤的生长。编码与表达于tum-细胞系TSTAs的基因，粘粒DNA 文库从tum-细胞制备。从tum-细胞的基因转染到原TUM+细胞。转染 的TUM+细胞通过激活特定的tum- TSTA克隆的CTL的能力测试的tum- TSTAs的表达。许多不同的TSTAs已确定用这种方法。 在过去的几年中，两种方法有利于TSTAs表征（图22-8） 。在第 一种方法中，对肿瘤细胞的细胞膜上肽结合的I MHC类分子是用酸和 高压液相色谱法（HPLC）纯化。在一些情况下，足够的肽洗脱，以 允许其序列由Edman降解来推断。在第二种方法中，从肿瘤细胞制 备cDNA文库。这些cDNA文库被瞬时转染到COS细胞中，这是转染 SV40large-T抗原基因的代码猴肾细胞。当这些细胞被后来与含有肿 瘤细胞的cDNA和复制的SV40起点的质粒转染后，large-T抗原刺激质 粒复制，以便达104-105质粒拷贝每个细胞产生的。这导致了肿瘤细 胞的DNA的高水平表达。 基因编码的一些TSTAs已显示出不同于正常细胞的基因单点突变。 对TSTAs进一步鉴定已经证明，他们中的许多不是细胞膜蛋白；相反， 如已，他们是来自已经被处理，并与MHC I类分子一起呈现的胞浆蛋 白的短肽。 肿瘤抗原可以由病毒诱导肿瘤抗原可以由病毒诱导 与化学诱导肿瘤相反，病毒诱导的肿瘤表达由诱导同一病毒所 有肿瘤共享的肿瘤抗原。例如，当同系小鼠注射从一个特定的多瘤 病毒诱发的肿瘤死亡细胞，患者免受随后的挑战与任何多瘤病毒诱 导的肿瘤活细胞（见表22-2） 。同样地，当淋巴细胞从小鼠转移与病 毒诱导的肿瘤进入正常同系受体，受体拒绝所有同系肿瘤由同一病 毒引起的后续的移植。在这两种SV40-和多瘤病毒诱导的肿瘤的情况 下，肿瘤抗原的存在是对细胞肿瘤状态有关。在人类中，Burkitts淋 巴瘤细胞已经显示表达爱泼斯坦 - 巴尔病毒的核抗原，可能确实是 一种肿瘤特异性抗原为这种类型的肿瘤。人类乳头状瘤病毒 （HPV）的E6和E7蛋白被发现80以上的浸入性宫颈癌的病毒编码 的肿瘤抗原的最明显的例子。因此，目前的候选疫苗，宫颈癌密切 相关的HPV测试的兴趣很大，如HPV-16。 这些病毒引起的肿瘤抗原的潜在价值可以在动物模型中看到的。 在一项实验中，用基因工程多瘤病毒肿瘤抗原的制备的免疫小鼠被 证明是免疫活多瘤诱导的肿瘤细胞的随后的注射。在另一个实验中， 小鼠用牛痘病毒疫苗设计与编码多瘤肿瘤抗原的基因。这些小鼠还 开发了免疫力，后来拒绝活多瘤诱导的肿瘤细胞的注射（图22-9） 。 大多数肿瘤抗原不是肿瘤细胞特有的 大多数的肿瘤抗原不是肿瘤细胞特有的也存在于正常细胞。这 些肿瘤相关移植抗原可以是通常只对胎儿细胞而不是正常的成体细 胞表达的蛋白质，或者它们可以是在较低的水平由正常细胞，但在 更高的水平在肿瘤细胞中表达的蛋白质。后者包括生长因子和生长 因子受体，以及癌基因编码的蛋白质。多种生长因子受体在肿瘤细 胞的表达水平显著上升，可以作为肿瘤相关抗原。例如，多种肿瘤 细胞表达的表皮生长因子（EGF）受体的水平高于正常细胞100倍。 举一个例子，一个过度表达生长因子作为一种肿瘤相关抗原是一种 蛋白生长因子，指定P97，这有助于铁进入细胞的运输。而正常细胞 表达小于P97/细胞的8000分子，黑色素瘤细胞表达P97 /细胞的 50000500000分子。编码P97的基因已被克隆和重组牛痘病毒疫苗 已准备携带克隆基因。当这种疫苗注射到小鼠中，它诱导体液和细 胞介导的免疫反应，防止活黑色素瘤细胞的小鼠表达P97的抗原。这 样的结果突出识别肿瘤抗原作为肿瘤免疫治疗的潜在目标的重要性。 癌胚肿瘤抗原癌胚肿瘤抗原 癌胚抗原，顾名思义，发现不仅对癌细胞的同时也对正常的胎 儿细胞。这些抗原在胚胎发育的早期出现，在免疫系统获得免疫能 力；如果这些抗原后来癌细胞出现，他们被视为非我和诱导免疫反 应。两个研究癌胚抗原是甲胎蛋白（AFP） 、癌胚抗原（CEA） 。 虽然血清AFP在胎儿由毫克水平到在正常成人下降到纳克级水平， 但AFP升高水平被发现在大多数肝癌患者（表22-3） 。CEA是一种糖蛋 白被发现在2 - 6个月大的胎儿的胃肠道和肝脏细胞中的。晚期结直 肠癌患者的早期大肠癌患者50%的患者约90%有在他们的血清CEA水 平升高；大约90的晚期结直肠癌患者和50早期大肠癌患者已在 其血清CEA升高水平；其他类型的癌症患者也表现出增加CEA水平。 然而，由于AFP和CEA可在正常人中在某些非癌疾病状态下发现微量 的，这些胚胎抗原的存在是不能诊断而是用来监测肿瘤的生长。如 果，例如，一个病人有手术切除结直肠癌术后CEA水平进行监测。在 CEA水平升高是恢复肿瘤生长的迹象。 癌基因蛋白作为肿瘤抗原癌基因蛋白作为肿瘤抗原 许多肿瘤都有表达肿瘤相关抗原的细胞癌基因编码。这些抗原 也存在于正常细胞的原癌基因编码的相应。在许多情况下，有癌基 因和原癌基因产物之间没有质的区别；相反，癌基因产物的水平增 加能被免疫系统识别。例如，如前所述，人乳腺癌细胞表现出较高 的癌基因表达蛋白编码基因，一个生长因子受体，而正常细胞表达 微量neu蛋白量。因为在NEU水平这种差异，抗HER2/neu单克隆抗体 能够识别和选择性地消除乳腺癌细胞而不损伤正常细胞。 TATAS对人黑色素对人黑色素瘤 几个肿瘤相关移植抗原已确定对人类黑色素瘤。这些五个- MAGE-1，MAGE-3，BAGE，GAGE-1，GAGE-2-是癌胚型抗原。每个这 些抗原的表示对人黑色素瘤占很大比例，以及许多其他一些人类肿 瘤，但不是在正常分化组织中除睾丸外，它在生殖系细胞中的表达。 此外，一些分化抗原在正常黑素细胞中，包括酪氨酸酶， gp100，Melan-A或MART-1，和gp75是过度表达的黑色素细胞，使 其作为肿瘤相关移植抗原。 几个人黑色素瘤肿瘤抗原是由一些其他肿瘤的共享。人黑色素瘤约 40%是阳性的MAGE-1，约75%是阳性MAGE-2或3。除了黑色素瘤， 胶质瘤细胞系，乳房肿瘤，非小细胞肺肿瘤，和头部或颈部癌的一 个显着的比例表达MAGE-1，2，或3。这些共享的肿瘤抗原可用于临 床治疗。它可能会产生一个表达治疗许多这些肿瘤的共同抗原的肿 瘤疫苗，在本章的最后介绍了。 肿瘤可诱导有效的免疫应答肿瘤可诱导有效的免疫应答 在实验动物中，肿瘤抗原可显示出诱导导致肿瘤细胞的破坏体 液和细胞介导的免疫反应。一般来说，细胞介导的反应似乎发挥更 重要的作用。许多肿瘤已被证明诱导肿瘤特异性CTL识别肿瘤抗原的 MHC I类对肿瘤细胞呈现。然而，如下面所讨论的，MHC I类分子的 表达在许多肿瘤中的减少，从而限制了特异性CTL在其破坏作用。 NK细胞和巨噬细胞在肿瘤识别是重要的 肿瘤细胞的NK细胞识别是非MHC限制。因此，这些细胞的活性被降 低的MHC表达由某些肿瘤细胞表现出不受到损害。在某些情况下， Fc受体的NK细胞可以结合抗体包裹肿瘤细胞，导致ADCC。在肿瘤免 疫中的NK细胞的重要性是由突变的小鼠的应变称为米色和人类 Chediak-Higashi综合征建议，如在第14章中的临床焦点说明。在每一 种情况下，一个遗传缺陷引起的NK细胞明显损伤和相关的某些癌症 的几率会增加 大量的观察表明，活化的巨噬细胞对肿瘤的免疫反应中也起着 重要的作用。例如，巨噬细胞被经常观察到集群周围的肿瘤，并且 他们的存在往往与肿瘤相关。像NK细胞，巨噬细胞是非MHC限制性 和表达Fc受体，使它们能够结合到抗体上的肿瘤细胞和介导ADCC。 活化巨噬细胞的抗肿瘤活性可能是由溶解酶和活性氧和氮中间体介 导的。此外，活化巨噬细胞分泌的细胞因子称为肿瘤坏死因子 （TNF-） ，其具有强效抗肿瘤活性。当肿瘤坏死因子- 注入荷瘤动 物，它被发现诱导肿瘤出血坏死。 免疫监视学说免疫监视学说 免疫监视学说的概念最初是由保罗埃利希提出。他建议，癌细 胞常出现在身体但被识别为外来和被免疫系统消除。大约50年后， 刘易斯托马斯认为，免疫系统的细胞介导的分支已经进化到巡逻 身体和消除癌细胞。根据这些概念，肿瘤出现只有当肿瘤细胞能够 逃避免疫监视，要么通过减少肿瘤抗原的表达或通过在这些细胞的 免疫应答的功能障碍。 早期的观察似乎支持了免疫监视学说是癌症患者移植免疫抑制 药物的发病率的增加。然而，其他研究结果，他们很难与这个理论 来调和。例如，缺乏胸腺裸鼠，因而缺乏功能性T细胞。根据免疫监 视学说，这些小鼠应显示增加癌症，相反，裸鼠没有比其他小鼠更 易患癌症。此外，虽然对免疫抑制剂的个体表现出对免疫系统癌症 的发病率增加，其他常见的癌症（如，肺癌，乳腺癌和结肠癌）未 在这些个体中，相反的理论预测。 有关的实验数据的肿瘤细胞的剂量对免疫系统反应能力的影响 也与免疫监视学说不相符。例如，动物注射了非常低或非常高剂量 的肿瘤细胞的产生肿瘤，而那些注射中等剂量没有。该肿瘤细胞的 低剂量“溜过”的机制很难与免疫监视学说调和。最后，这一理论 认为，癌细胞和正常细胞呈现出质的抗原性的差异。事实上，如前 所述，许多类型的肿瘤不表达肿瘤特异性抗原的免疫反应，任何免 疫反应的发展必须引起正常细胞和肿瘤细胞的定量差异抗原表达。 然而，诱导病毒的肿瘤将预期表达一些由病毒基因组编码的抗原。 这些抗原的正常组织中表达的性质不同，会引起免疫系统的注意。 事实上，有很多病毒诱导的肿瘤特异性免疫反应。 然而，除了由病毒引起的肿瘤的免疫监视学说，只有免疫系统 受损或者是某种肿瘤细胞失去免疫原性恶性肿瘤发生的基本概念， 使他们能够逃脱免疫监视，此时仍未可知。尽管如此，但显然的免 疫应答可以产生肿瘤细胞并旨在提高该反应可以用作针对恶性细胞 防御的治疗方法。 肿瘤逃避免疫应答机制肿瘤逃避免疫应答机制 虽然免疫系统可以对肿瘤细胞进行免疫反应,但是每年有许多人 死于癌症表明肿瘤细胞的免疫反应往往是无效的，这一事实确实存 在。本节描述几种关于肿瘤细胞逃避免疫系统的机制。 抗肿瘤抗体能增强肿瘤的生长抗肿瘤抗体能增强肿瘤的生长 根据研究发现抗肿瘤抗体可以产生特异性肿瘤抗原，从而试图 保护动物对肿瘤生长抑制的主动免疫或被动免疫。令研究人员吃惊 的是，这些免疫没有防止肿瘤的生长；在许多情况下，他们实际上 提高了肿瘤的生长速度。 根据研究体外细胞介导的淋巴细胞溶解（CML）的反应发现， 免疫血清可以增强肿瘤的能力。发现动物的血清通过阻止CML反应， 促进肿瘤的生长，这些动物血清衰退，从而对肿瘤具有很少或没有 阻断活性。K.E.和I. Hellstrom通过展示从儿童血清发现某种阻塞因素 对儿童神经母细胞瘤具有高水平的促进和衰退的小儿神经母细胞瘤 没有这样的因素。根据这些研究，已发现阻断因子与一些人类肿瘤 相关联。 在一些情况下，抗肿瘤抗体本身作为阻挡因子。据推测该抗体结合 到肿瘤特异性抗原和隐藏细胞毒性T细胞的抗原。在许多情况下，阻 塞因素不是单独的抗体，而是抗体与肿瘤抗原结合。虽然这些免疫 复合物已显示阻断CTL反应，但是不知道这种抑制的机制。该复合物 也可以通过结合到NK细胞或巨噬细胞的Fc受体来抑制ADCC和阻断其 活性。 抗体可以调节肿瘤抗原抗体可以调节肿瘤抗原 已观察到血清中存在抗体的某些肿瘤特异性抗原从肿瘤细胞的 表面消失，然后重新出现抗原后，抗体不再存在。这一现象，称为 抗原调制，可以容易地观察到，当白血病T细胞被注入到预先用白血 病T-细胞抗原（TL抗原）免疫过的小鼠后。这些小鼠产生抗TL抗体， 其结合TL抗原对白血病细胞诱导封盖和内吞作用，或抗原 - 抗体复 合物的脱落。只要抗体存在时，这些白血病T细胞无法对TL抗原起作 用，因此不能被消除。 肿瘤细胞经常快速降低肿瘤细胞经常快速降低MHC I类分子水平类分子水平 由于CD8 +CTL仅识别与MHC I分子相关的抗原，在MHC I的表达 的任何改变对肿瘤细胞的MHC I分子都可以施加在CTL介导的免疫应 答产生深远的影响。细胞的恶性转化通常与MHC I分子的减少（或甚 至完全丧失）相关联，和一些肿瘤已经显示表达MHC I分子的水平降 低。在MHC I表达的减少可伴随逐行肿瘤的生长，并因此缺乏MHC分 子上的肿瘤通常是图22-10所示的prognosis.作为指示，在选择的肿瘤 细胞具有降低的MHC I表达上，免疫反应本身可以起到一定的作用。 肿瘤细胞可以提供微弱的共刺激信号肿瘤细胞可以提供微弱的共刺激信号 T细胞激活需要一个触发信号，通过识别由T细胞受体的肽和 MHC分子复合物触发共刺激信号，在T细胞触发由B7抗原呈递细胞与 CD28的相互作用。需要两个信号以诱导IL-2产生的T细胞的增殖。许 多肿瘤细胞的免疫原活性不佳可能由于在很大程度上缺乏共刺激分 子。没有足够数量的抗原呈递细胞在肿瘤的附近，T细胞将仅收到一 个局部触发信号，这可能导致克隆无反应性。 肿瘤免疫治疗肿瘤免疫治疗 虽然各种免疫应答可以抑制肿瘤细胞，但这些免疫应答经常不 足以阻止肿瘤的生长。有一种治疗癌症方法是增加或补充这些天然 防御机制。几种当前使用的或正在开发中的癌症免疫治疗的类型是 这个结论的一部分。 共刺激信号处理能增强机体免疫力共刺激信号处理能增强机体免疫力 几个研究小组已经证明，肿瘤免疫力可通过提供共刺激信号所 必需活化CTL的前体（CTL-Ps）增强。当小鼠增强孵育的CTL-PS与黑 色素瘤细胞抗原在体外发生识别，但缺乏共刺激信号时，CTL-P不增 殖和分化成效应CTL。然而，当黑素瘤细胞用编码该B7配体的基因时， CTL-PS分化成效应CTL。 这些发现提供了B7-转染的肿瘤细胞可能被用来在体内诱导CTL 应答的可能性。例如，当P. Linsley和 L. Chen和他们的同事注射黑素 瘤荷瘤B7+黑色素瘤进入小鼠细胞中时，40以上黑素瘤完全在小鼠 细胞中衰退。 S. Townsend 和 J. Allison采用了类似的方法对小鼠接 种恶性黑色素瘤。第一次免疫照射正常小鼠B7转染的肿瘤细胞，然 后挑战未改变的恶性黑色素瘤细胞。发现“疫苗”保护高百分比的 小鼠（图22-11a） 。人们希望，一个类似的疫苗可以预防人类患者的 手术切除后的原发性黑素瘤转移。 因为许多不同人的肿瘤具有共同人的黑素瘤抗原，它可能产生 肿瘤抗原表达和用于HLA表达的B7-转染黑色素瘤细胞系。在该方法 中，一个病人的肿瘤表达将由肿瘤抗原确定，然后患者将被用表达 类似肿瘤抗原的被照射的B7-转染的细胞系接种。 增强增强APC的活动可以调节肿瘤免疫的活动可以调节肿瘤免疫 小鼠树突状细胞在GM-CSF中培养和孵育肿瘤片段，然后回输到 小鼠，显示了激活两个TH细胞和特异的CTL的肿瘤抗原。当小鼠随后 挑战活的肿瘤细胞，它们显示肿瘤免疫。这些实验有许多旨在扩大 抗原呈递细胞的群体的方法，从而使这些细胞可激活TH细胞或特异 性CTL的肿瘤抗原。 已尝试的一种方法是用基因编码GM-CSF转染肿瘤细胞。这些工 程化的肿瘤细胞，当重新注入患者体内时将分泌GM-CSF，从而增强 宿主抗原呈递细胞的分化和活化，特别是树突状细胞。当这些树突 细胞周围积聚肿瘤细胞，由肿瘤细胞分泌的GM-CSF将增强TH细胞肿 瘤抗原呈递和呈现由到和树突状细胞的CTLs（图22-11b） 。 另一种扩大树突细胞群体的方法是在GM-CSF，TNF和IL-4的存在下从 外周血祖细胞培养树突状细胞。这三种细胞因子诱导大量树突状细 胞的产生。有一些希望的是，如果这些树突细胞致敏肿瘤片段，然 后再引入患者，他们可以激活特定的肿瘤抗原TH和TC细胞。无论这 些希望是否有道理都将通过进一步的调查来确定。 一些佐剂，包括牛分枝杆菌的减毒菌株称为卡介苗（BCG）和 棒状杆菌，已被用于提高肿瘤免疫。这些佐剂激活巨噬细胞，从而 增加它们的各种细胞因子，MHC II分子，以及B7共刺激分子的表达。 这些活化的巨噬细胞是TH细胞更好的活化剂，导致广义上增加体液 和细胞介导的应答。到目前为止，佐剂已经表明只有适度的治疗效 果。 细胞因子可以增强免疫应答治疗肿瘤细胞因子可以增强免疫应答治疗肿瘤 各种细胞因子基因的分离和克隆促进了其大规模生产。各种实 验和临床的方法已被开发使用重组细胞因子，它们可以单独或组合， 以增强对癌症的免疫应答。已经在癌症免疫治疗被评估的细胞因子 有干扰素和IL-1，IL-2，IL-4，IL-5和IL-12; GM-CSF和肿瘤坏死因子。 虽然这些试验偶尔产生令人鼓舞的结果，许多障碍仍然存在在这种 类型的癌症免疫疗法的成功使用。 最显著的障碍是细胞因子网络本身的复杂性。这种复杂性使得 很难准确地知道如何与一个给定的重组细胞因子的干预将影响生产 其他细胞因子。并且由于某些细胞因子作用拮抗，用增强免疫应答 的一个特定分支的重组细胞因子的干预实际上可能导致抑制。此外， 细胞因子免疫治疗是被局部施用的细胞因子的困难所困扰。在一些 情况下，高含量的给定的细胞因子的全身给药已显示导致严重甚至 危及生命的后果。尽管细胞因子治疗癌症的几个实验和临床试验的 结果都在这里讨论，但要记住，这种治疗方法仍处于起步阶段并且 是非常重要的。 干扰素干扰素 大量纯化重组制备干扰素，干扰素，干扰素，干扰素， 现在是可用的，其中每一个已表明在人类癌症的治疗中的一些希望。 迄今为止，大多数临床试验有涉及干扰素。重组干扰素每天注 射已显示诱导肿瘤部分或完全消退，在部分患血液恶性肿瘤的病人 中，如白血病，淋巴瘤和骨髓瘤和实体瘤如黑素瘤，卡波济氏肉瘤， 肾癌和乳腺癌。 干扰素介导的抗肿瘤活性可能涉及多种机制。所有三种类型的 干扰素已被证明能增加对肿瘤细胞的MHC I表达; 干扰素_也已显示 出能增加巨噬细胞的MHC II表达。鉴于对MHC I类分子在恶性肿瘤水 平降低的证据，干扰素可能通过恢复MHC的表达，从而增加抗肿瘤 CTL活性。此外，干扰素已经显示出抑制在体外正常和恶性转化的细 胞的分裂。这可能是一些干扰素的抗肿瘤效果与此直接抑制肿瘤细 胞增殖有关。最后，干扰素_直接或间接地增加了TC细胞，巨噬细胞 和NK细胞的活性，所有这些都起到对肿瘤细胞的免疫应答的作用。 肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子 在某些情况下，肿瘤坏死因子TNF-和TNF-已被证明表现出 直接的抗肿瘤活性，杀死某些肿瘤细胞和减少其他肿瘤细胞的增殖 率，同时保留正常细胞（图22-12） 。在TNF-或TNF-的存在下，肿 瘤发生明显的出血性坏死和衰退。 TNF-也已显示通过破坏在肿瘤 细胞附近的血管内皮细胞，从而降低促进肿瘤生长所必需的血液和 氧气的流量，因此，抑制肿瘤可以诱导的血管形成。 体外激活的LAK和TIL细胞 动物研究已经表明，有IL-2和肿瘤抗原培养的淋巴细胞可以在体 外用x-照射的肿瘤细胞激活。当它们被重新注入到原荷瘤动物，这 些活化的淋巴细胞比未处理的淋巴细胞介导更有效的肿瘤杀伤力。 虽然非常困难，但是在体外激活足够有抗肿瘤特异性的淋巴细胞在 癌症治疗中是有用的。 而致敏淋巴细胞肿瘤抗原通过这种方法，S.Rosenberg发现，在 高集中克隆的IL-2但不加入肿瘤抗的条件下，大量的活性淋巴细胞可 能会杀死新的肿瘤细胞，但不是正常的细胞。他称这些细胞为淋巴 因子激活的杀伤细胞（LAK） 。在一项研究中，例如，罗森堡发现输 注LAK细胞以及重组IL-2为介导，可以有效的破坏荷瘤动物的肿瘤细 胞（图22-13） 。 通常LAK细胞群是90的活化NK细胞。然而，少量 带有TCR的细胞的存在于LAK群中，这些也可能有助于其降低肿瘤活 性。 因为在体外可以产生大量LAK细胞，这些细胞能有效对抗各种肿瘤， 其在人肿瘤免疫治疗的有效性已经在若干临床试验中进行评估。在 这些试验中，外周血淋巴细胞从患者除去了各种先进的转移性癌症 和体外活化产生的LAK细胞。在早期的研究中，患者用其自体LAK细 胞与IL-2输注一起。在这项试验中，其中涉及25名患者，有部分患者 癌症消退。随后，有222例患者更广泛的结果表明完全消退的有16例。 然而，一些不良副作用是与高水平的IL-2所需的LAK细胞活性相关。 最值得一提的是血管渗漏综合症，其中淋巴细胞和血浆从外周血进 入组织，导致休克。 肿瘤包含已经渗透到肿瘤参与抗肿瘤反应的淋巴细胞。通过取 肿瘤的小活检样品，可以得到这些淋巴细胞群，在有IL-2的体外扩大。 这些活化的肿瘤浸润淋巴细胞被称为TILs。许多的TIL有广泛的抗肿 瘤活性，而且似乎无法从LAK细胞区分。然而，一些TIL细胞对于他 们的自身肿瘤具有针对特定细胞溶解活性。这些肿瘤特异性的TIL是 有意义的，因为它们增加了抗肿瘤活性，并且需要100倍比LAK细胞 更低水平的IL-2为它们的活性。在一项研究中，在体外TIL种群从来自 患者的恶性黑色素瘤，肾细胞癌，以及小细胞肺癌采取活组织检查 样品扩散。用TIL的扩大种群和重组IL-2的连续输注一起重新注入自体 患者。肾细胞癌和恶性黑素瘤显示出29和23的患者部分消退。 单克隆抗体可有效治疗某些肿瘤单克隆抗体可有效治疗某些肿瘤 单克隆抗体已被以各种方式作为实验免疫治疗剂用于癌症。例 如，抗独特型的单克隆抗体已被成功用于一些治疗人B细胞淋巴瘤和 T细胞白血病。在一个显著的研究中，利维河和他的同事们成功治疗 了64岁的男子的终端B细胞淋巴瘤。在治疗时，淋巴瘤已经转移到肝 脏，脾脏，骨髓，末梢血。因为这是一个B细胞癌，在所有癌细胞的 膜 结合的抗体具有相同的独特型。由图22-14所概述的程序，这些 研究人员生产特异于B-淋巴瘤独特型小鼠单克隆抗体。当该小鼠单 克隆抗独特型抗体注射入病人时，特异性结合B淋巴瘤细胞，因为这 些细胞表达特定的独特型。由于B-淋巴瘤细胞易受补体介导的裂解， 单克隆抗体激活补体系统和裂解淋巴瘤细胞而不伤害其他细胞。经 过四次注射这种抗独特型单克隆抗体，肿瘤开始缩小，这病人进入 完全缓解的一个特别长的时期。 然而，这种方法要求单克隆抗体对每个淋巴瘤患者定制。这是 昂贵的，对每年诊断有成千上万的患者患有B细胞淋巴瘤，不能用作 一般的治疗方法。近日，Levy和他的同事们用直接免疫招募患者的 免疫系统来对抗他们的B细胞淋巴瘤的攻击。在临床试验中有41个 B 细胞淋巴瘤的患者，编码每个患者的淋巴瘤的重排的免疫球蛋白基 因的基因分离并用于重组免疫球蛋白的合成该孔的独特型典型患者 的肿瘤进行编码。这些Igs的每一个都被耦合到匙孔血蓝蛋白（KLH） ， 因为在T细胞的帮助下其高效募集，软体动物蛋白经常作为载体蛋白。 患者进行自身肿瘤特异性抗原免疫，由自己淋巴瘤产生的独特的免 疫球蛋白。约50的患者出现抗独特型抗体对抗他们的肿瘤。有意 义的是，改善临床结果在20例抗独特型反应是可见的，但在其他患 者没有。事实上，这20例中的两例经历完全缓解。 尽管它的诺言，抗独特型的方法是根据其本质患者特异性。更 一般的单克隆抗体治疗B细胞淋巴瘤是基于这样的事实：大多数B细 胞，不管正常或致癌的，与谱系独特抗原有关。这样的一个决定因 素，CD20，一直是积极努力的目标；有它的单克隆抗体在小鼠被筹 集和被设计包含人类大多序列，已对B细胞淋巴瘤的治疗有用（见临 床焦点，第5章） 。除了C