肿瘤的免疫逃避

肿瘤的免疫逃避正常机体每天有许多细胞可能发生突变，并产生有恶性表型的瘤细胞，但一般都不会发生肿瘤。对此，Burner提出了免疫监视学说，认为机体免疫系统通过细胞免疫机制能识别并特异地杀伤突变细胞，使突变细胞在未形成肿瘤之前即被清除。但当机体免疫监视功能不能清除突变细胞时，则可形成肿瘤。然而，尽管机体有如此多样的抗肿瘤免疫效应，但肿瘤仍可在体内发生、发展，并且随着肿瘤的增长，肿瘤细胞能产生一些细胞因子。这些因子可以诱导机体产生一些抑制免疫的细胞，并诱导机体产生体液抑制因子，从而抑制抗肿瘤的免疫功能。肿瘤细胞自身也可以分泌一些具有免疫抑制作用的产物，侵犯局部转移的淋巴结，导致机体局部乃至全身的免疫功能低下。提示肿瘤具有一系列的免疫逃避机制来对抗机体的免疫系统。1、肿瘤抗原调变作用在肿瘤免疫过程中，T细胞的免疫功能起着关键性的作用。可溶性肿瘤抗原经抗原提呈细胞（APC）摄入后经加工处理，然后将处理后的抗原提呈给辅助性T细胞，后者通过分泌细胞因子促进杀伤性T细胞增殖，并产生特异杀伤作用。然而许多肿瘤细胞并没有死于机体的免疫杀伤，可以通过多种机制逃逸T细胞的免疫监视作用。大多数肿瘤抗原的免疫原性很弱，不能诱发有效的抗肿瘤免疫应答。机体对肿瘤抗原的免疫应答导致肿瘤细胞表面抗原减少或丢失，从而肿瘤细胞不被免疫系统识别，逃避了机体的免疫攻击，这种现象称为“抗原调变”（Antigen Modulation）。这一理论在小鼠白血病细胞系中得到证实，该细胞系经抗体、补体处理后，丧失了细胞表面的胸腺白细胞抗原（TL抗原）。抗TL抗原的抗体与肿瘤细胞结合后，细胞表面出现斑点样的抗原分布改变，以后该抗原逐渐消失。在其他实验中也发现抗肿瘤抗体导致肿瘤抗原消失的类似现象。将肿瘤细胞与特异抗体或者细胞毒性淋巴细胞（CTLs）共同培养，也可以迅速诱导肿瘤抗原的丢失。抗原调变这一现象在生长快速的肿瘤普遍存在，抗原调变可由于细胞自身的机制或抗原抗体复合物脱落所致。这种肿瘤细胞表面抗原丢失仅反映肿瘤细胞表型的改变，经调变的细胞再次进入原宿主，抗原将再次出现，并重新诱发抗体产生。已知病毒可以通过抗原调变逃避抗体和T细胞的识别，Bai XF等的研究发现，肿瘤细胞也能经此途径逃避T细胞的识别。他们用单克隆和多克隆的转基因细胞毒性淋巴细胞与细胞表面存在特异识别天然肿瘤抗原（PIA）的肿瘤细胞共培养，发现在该CTL（细胞毒性淋巴细胞）的选择压力下，PIA抗原可发生突变，最后变得不易被CTL（细胞毒性淋巴细胞）识别。Makki A 等发现，一些非主要肿瘤抗原发生调变，对于肿瘤的逃逸也起着重要作用。某些不能激活补体的抗肿瘤抗体，可保护肿瘤细胞不受杀肿瘤抗体的攻击，使肿瘤得到保护。实验证明，当CTL（细胞毒性淋巴细胞）识别的肿瘤抗原被封闭后，则有利于肿瘤的生长和转移。目前对抗体诱发的抗原调变报道较多，但T细胞免疫应答引起的细胞抗原调变尚未明确。2、免疫选择作用在肿瘤形成过程中，如果肿瘤细胞表面的抗原并非肿瘤细胞生长所必须，带有这种抗原的肿瘤细胞很容易遭到机体免疫系统的攻击，导致这些肿瘤细胞死亡，而不敏感的肿瘤细胞活下来，这种现象称为免疫选择（Immunoselection）。其机制可能为肿瘤抗原发生调变或基因突变，经自然选择（Natural Selection）使得肿瘤的抗原性减弱或抗原性发生改变，适合生存的肿瘤细胞存活并增殖。这种变异使机体的免疫细胞对其难以识别，肿瘤细胞得以增殖。有些移植性肿瘤也存在抗原缺失的现象，同时伴有肿瘤生长加快，转移趋势增加的特点。人类的MHC（主要组织相容性复合体）从功能上都分有I、类分子，在免疫应答过程中具有控制同种移植排斥反应、免疫应答、补体生成等复杂的功能。特别是MHC-类分子是CTL（细胞毒性淋巴细胞）细胞功能所依赖的。在多数肿瘤中，MHC-类分子表达明显减少或丢失，致使CTL（细胞毒性淋巴细胞）对肿瘤细胞上的抗原不能识别，从而肿瘤细胞得以逃避宿主的免疫攻击。特别是那些维持某种肿瘤恶性表型肿瘤特异抗原。在小鼠和人类肿瘤均已发现有MHC-类抗原缺失的例子，若将MHC-型基因转染细胞株，则后者的成瘤性及转移率即减低或消失。病毒可以下调（减少）MHC-类抗原的表达，并且病毒抗原可与一些肽链组装，从而阻断其向CTL（细胞毒性淋巴细胞）的抗原呈递。如12型腺病毒在体内致瘤的同时，可导致机体细胞的MHC-类分子表达减弱，这种现象可以看做是肿瘤细胞在免疫选择压力下的演变。而EIA基因缺陷型腺病毒，则不出现这种现象。将12型腺病毒转化的细胞用IFN-（干扰素-）处理，以上调（增加）MHC-类分子表达，或转染适当的MHC-类基因，可以减弱其致癌作用。Gross用白血病病毒感染小鼠诱发胸腺瘤的研究表明，虽然这种高度恶性的胸腺瘤H-2D基因表达正常，然而缺乏H-2K基因。将H-2K基因人工转染该细胞后，可明显降低其在正常小鼠体内的致瘤性，但对其在裸鼠体内的生长和转移能力无影响。由此可以认为，向肿瘤细胞转染MHC-分子是通过影响宿主的T细胞免疫反应而杀伤肿瘤，而不是直接改变肿瘤的生物学行为。通过研究转移性黑色素瘤、乳腺癌及结肠癌的HLA-类抗原的表达时发现，这些肿瘤均有HLA-类抗原减少的现象。在恶性黑色素瘤、结直肠癌、乳腺癌、胃癌、卵巢癌、绒毛膜细胞癌、前列腺癌和膀胱癌等许多肿瘤细胞系中检测出异常HLA抗原（人类白细胞抗原，也属于组织相容性抗原）表达。Hawmerling首先提出HLA-型抗原减少或消失的肿瘤患者预后较差，而且转移率较高。然而不同的肿瘤有各自特定的HLA-类分子等位基因的丢失，而不是所有的HLA-基因缺失。由于MHC-分子在抗原呈递和NK细胞功能调节中的作用，所以认为这种抗原的变化与肿瘤免疫逃逸有着密切的关系。Garcia-Lora A等的研究表明，MHC-分子表达下调普遍存在于人类的各种肿瘤，该变化是T细胞对肿瘤细胞的免疫选择的结果；动物实验表明，在进展期的肿瘤细胞，MHC-分子表型和免疫原性变得不易被免疫系统识别，这种变化非常明显。值得重视的是体外肿瘤细胞表达的MHC-类抗原的量低于体内相应的肿瘤细胞所表达的量，因为MHC-类抗原的表达水平可以通过细胞因子如IFN-（干扰素-）、TNF（肿瘤坏死因子）进行调节。体外由病毒转化的肿瘤细胞，可以显示出MHC-型分子持久降低或丢失。MHC-类抗原表达减少或消失与肿瘤细胞去分化（逆向分化）有关，使T细胞识别肿瘤抗原受阻，不能引起有效的杀肿瘤效应。3、抗原覆盖作用除了抗原表达减弱之外，肿瘤细胞可以通过其细胞表面“抗原覆盖”或被封闭而达到免疫逃逸的作用。“抗原覆盖”是指肿瘤细胞表面抗原被某些物质所覆盖，如肿瘤细胞可以产生唾液粘多糖或激活的凝血系统，从而覆盖肿瘤抗原不被宿主的淋巴细胞所识别，不能被有效地被杀伤。与其他细胞相比，肿瘤细胞大量分泌富含铝酸的粘多糖，可以将肿瘤抗原以糖化蛋白的方式隐藏起来；肿瘤细胞还可激活凝血系统，导致纤维蛋白的产生，肿瘤细胞隐身于纤维膜中，免于机体免疫系统的攻击。4、封闭因子作用某些肿瘤抗体，如果不能激发免疫应答，也对肿瘤细胞起到了“保护伞”的作用，即通常所说的“封闭抗体”。诸多研究结果表明，患有肿瘤的动物和肿瘤患者血清中含有能抑制免疫作用的可溶性物质。这些物质能阻止免疫细胞对肿瘤的杀伤；抑制淋巴细胞对有丝分裂原的增殖反应，从而对肿瘤的生长具有促进作用。这些因子主要分为两大类：一类为封闭因子；另一类为血清急性期反应蛋白和正常血清免疫抑制因子。Hellstrom在总结前人工作的基础上，提出了“封闭因子”的概念。认为某些肿瘤抗血清不仅不能使肿瘤消退，反而阻断了杀伤细胞对肿瘤细胞的细胞毒作用，促进了肿瘤的发展。该作用被称做免疫促进作用（Immunologic Enhanced）。这一理论为Manson等的研究所证实。他们采用具有免疫原性的小鼠肿瘤为研究对象，将其植入同源小鼠体内，在植入部位观察到B细胞和T细胞。最初，肿瘤激活的CTL（细胞毒性淋巴细胞）对肿瘤有杀伤作用；肿瘤生长两周后，再取出肿瘤细胞，与肿瘤激活的CTL（细胞毒性淋巴细胞）混合，发现CTL（细胞毒性淋巴细胞）不能对肿瘤细胞产生细胞毒作用。经检测发现，肿瘤细胞表面覆盖了一层免疫球蛋白，经鉴定为IgM（免疫球蛋白M），正是该抗体阻断了杀伤细胞对肿瘤细胞的细胞毒作用；并且，肿瘤细胞表面包被的IgM（免疫球蛋白M）的量，与杀伤细胞的杀伤活性成反比。近期的一些研究也发现，肿瘤患者体内的抗体对于肿瘤细胞的生长具有保护和促进作用。还发现，循环免疫复合物（CIC）和肿瘤的可溶性抗原同样具有封闭因子作用。Baldwin等用化学物质诱发的大鼠肝癌模型实验，将患有肿瘤的小鼠的血清与免疫杀伤细胞混合培养后，可阻止后者对肿瘤细胞的杀伤作用。而用诱发成功的肿瘤细胞致敏的大鼠血清则对免疫杀伤细胞无抑制作用，加入可溶性的肿瘤膜表面抗原后，抑制活性再次出现。值得注意的是，只有肿瘤膜表面抗原时，抑制作用并不明显，当肿瘤膜表面抗原与高水平的抗肿瘤抗体混合，抑制作用才明显上升。临床发现许多肿瘤患者血清中抗原抗体复合物含量都有不同程度升高。Bugis SP发现，头颈部肿瘤患者血清中抗原抗体复合物能有效抑制LAK细胞对K562细胞的杀伤活性。可见，特异性封闭因子是一种可溶性因子，能阻碍针对肿瘤抗原的免疫反应，使之不能有效地杀伤肿瘤细胞。其化学本质可能是抗体、抗原或两者复合物，这些都是肿瘤诱导的产物。封闭因子的本质一般认为可能有三种：1、封闭抗体，可附于肿瘤细胞表面，遮蔽肿瘤表面抗原；2、可溶性抗原，可封闭效应细胞的抗原受体；3、肿瘤抗原抗体复合物，肿瘤抗体与肿瘤表面的抗原结合后封闭了肿瘤细胞免受攻击；这种复合物的抗体Fc段与Tc、NK等细胞的Fc受体结合，阻断这些细胞对肿瘤细胞的攻击。早在二十世纪50年代，Nathan Kaliss等用肿瘤细胞对小鼠进行同种异体的移植时发现，小鼠的抗肿瘤血清对移植肿瘤细胞具有保护作用。进一步的研究结果表明，这是因为抗体阻断了受体免疫效应细胞对肿瘤表面H-2抗原的识别，从而使肿瘤得以在组织相容性抗原不同的个体内存活。5、肿瘤抗原合成的改变肿瘤细胞抗原加工途径缺陷或改变也对肿瘤免疫逃避有很大的影响。Restifo等人研究了26种不同的人类肿瘤细胞系的抗原加工能力。他们用重组的痘苗病毒可以表达鼠的Kd分子的特性，将这种病毒转染到人小细胞肺癌细胞中，希望能在转染细胞上出现这种MHC-类分子。然而三种人类小细胞肺癌细胞始终不能将这种蛋白分子呈递给对它有特异性杀伤作用的细胞毒性淋巴细胞，原因是这些细胞系不能将这种蛋白质分子从胞浆内质网转移到细胞表面。这些肿瘤细胞的LMP-1，LMP-2，TAP-l，TAP-2四种抗原加工和提呈所必需蛋白的mRNA表达也较低，说明肿瘤细胞抗原加工能力的下降，不能将肿瘤抗原提呈给宿主T细胞，这可能是其逃避免疫监视机制之一。值得说明的是，有人用TAP-1蛋白的特异性抗血清，用免疫组化分析方法，测定了76例宫颈癌TAP-1的表达，其测试结果显示其中的37例宫颈癌无TAP-1表达。对肺、大肠、乳腺癌中的免疫组化测定初步结果显示，TAP-1同样在上述肿瘤细胞中表达减少，提示TAP-1的表达水平降低可能是人类肿瘤中的普遍现象。某些粘附分子表达异常可使肿瘤细胞逃避T细胞的免疫监视，如某些肿瘤细胞表面不表达或低表达淋巴细胞功能相关抗原（LFA-l），或并不能够表达细胞间的粘附分子I（ICAM-I）或LFA-3，和表达抗淋巴细胞粘附的分子，结果导致了这些肿瘤细胞刺激自体或同种异体T细胞应答的能力降低，从而逃逸免疫监视作用。协同刺激分子是激发有效的细胞免疫应答所必需的。很多具有正常免疫力的宿主并不能有效排除体内的高免疫原性肿瘤，可能是由于肿瘤细胞缺乏T细胞活化的共刺激信号。B7分子家族及其配基CD28/CTLA-4在协同刺激信号的传递中起重要作用。而肿瘤细胞常常缺失B7这一类共刺激分子，从而使CTL（细胞毒性淋巴细胞）不能有效地对肿瘤产生免疫应答，但如果给该肿瘤细胞转染B7基因，则可有效地激发T细胞介导的抗肿瘤免疫。实验表明，将B7-1基因转入鼠黑色素瘤细胞中会诱发较强的免疫排斥，而这种B7基因修饰的肿瘤细胞免疫过的小鼠可产生针对亲代没有B7基因的小鼠肿瘤细胞的免疫反应。将MHC-基因片段及B7-1基因共转染Sal肉瘤，可明显提高肿瘤细胞的免疫原性。然而单纯的B7-1转染并不能激发免疫反应消灭肿瘤，说明没有协同刺激分子的帮助，不能激发免疫反应。很多B淋巴细胞表达高水平的B7-1抗原，但没有出现抗肿瘤的免疫反应也说明了这一点；另外，将B7-1基因转入无免疫原性的肿瘤细胞中，并不能使它们产生免疫原性。可能有些肿瘤细胞可能缺乏TSTA或抗原加工途径有缺陷。此外，可能还需要其他共刺激分子如ICAM-l，IFA-3，VCAM-l或HSA等的协同作用。6、免疫应答的改变肿瘤细胞的特殊性与异常免疫应答也对肿瘤的免疫逃逸产生较大影响。在肿瘤生长的早期，由于肿瘤细胞量少，不足以刺激机体免疫系统产生足够的免疫应答。待肿瘤生长至一定程度，形成瘤细胞集团时，肿瘤抗原编码基因又发生突变，可干扰免疫识别过程，使肿瘤细胞得以逃脱机体的免疫攻击。也有人认为，少量肿瘤细胞不能引起宿主足够的免疫应答，反而可能刺激瘤细胞不断生长，这种现象称免疫刺激。实验证明，在某些肿瘤组织内存在淋巴细胞，后者能为肿瘤细胞提供某些营养物质并刺激肿瘤细胞生长，这种辅助肿瘤细胞生长的物质称为肿瘤营养因子。肿瘤细胞在宿主内长期存在和不断增多的过程中，其肿瘤抗原可作用于处在不同分化阶段的抗原特异性淋巴细胞，其中处于幼稚阶段的淋巴细胞接触肿瘤抗原后即可被诱发免疫耐受。肿瘤抗原可以诱发特异性免疫耐受，其结果是促进肿瘤生长。母鼠可以将乳腺癌病毒传给小鼠，被病毒感染的小鼠成年后易