粒细胞巨噬细胞集落刺激因子作为免疫佐剂在肿瘤疫苗中的研究进展

1、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子作为免疫佐剂在肿瘤疫苗中的研究进展         11-03-25 11:44:00     作者：郭银燕,赵伟,文剑     编辑：studa20【摘要】  肿瘤疫苗是近年来肿瘤学研究的热点,其通过表达特异性的肿瘤抗原,激活、恢复或加强机体抗肿瘤的免疫反应,进而杀伤、清除肿瘤细胞。然而肿瘤疫苗研制过程中存在的一个主要问题是大多数肿瘤的免疫原性很弱,不能正常呈递抗原以激活细胞毒性T淋巴细胞(CTL)

2、,为了提高其免疫原性,常需加入佐剂。大量研究表明,粒细胞巨噬细胞集落刺激因子因具有显著的免疫调节作用和低毒性而成为最具吸引力的免疫佐剂。作者就粒细胞巨噬细胞集落刺激因子作为免疫佐剂在肿瘤疫苗中的研究进展作一综述。 【关键词】  粒细胞巨噬细胞集落刺激因子； 癌症疫苗； 免疫佐剂； 综述随着对肿瘤发生、发展分子机制研究的深入和生物技术的迅速发展,生物治疗已经成为继肿瘤手术、化疗、放疗之后的第4种肿瘤治疗模式,包括体细胞疗法与细胞因子疗法、放射靶向治疗、基因治疗、分子靶向治疗及肿瘤疫苗等1。其中,肿瘤疫苗已成为近年研究的热点。然而肿瘤疫苗研制中存在的一个主要问题是大多数肿瘤的免疫原性很弱

3、,不能正常呈递抗原以激活细胞毒T淋巴细胞(CTL)；为了提高其免疫原性,常需加入佐剂。Dranoff2首次将粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony stimulating factor,GMCSF)作为黑色素瘤疫苗免疫佐剂,发现相对于其他细胞因子(IL4、IL6等),GMCSF可以更持久、更有效地增强肿瘤疫苗的免疫效果,之后,大量的基础实验及临床试验将GMCSF作为肿瘤疫苗的免疫佐剂,并取得的了令人鼓舞的成绩。现阶段研究较多的肿瘤疫苗有肿瘤细胞疫苗、肿瘤抗原疫苗、以树突状细胞(DC)为基础的疫苗以及核酸疫苗等,作者就GMCSF作为免疫佐剂在肿瘤疫

4、苗中的研究进展作一综述。    1  GMCSF的来源及免疫调节作用    正常情况下细胞内并无GMCSF mRNA聚集,外周血中也不能检测到其生物学活性,故GMCSF不像典型内分泌激素,而类似旁分泌模式，即在局部产生,又在局部发挥作用。许多细胞经诱导后可表达GMCSF,如内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、T细胞、B细胞、肥大细胞、成骨细胞、间皮细胞、骨髓基质细胞、某些肿瘤细胞和急性髓性白血病细胞等。炎症、细胞黏附、吞噬作用以及抗原等多种刺激因素和多种细胞因子可诱导或抑制GMCSF表达。    诱

5、导剂有佛波酯、植物血凝素、钙离子载体、刀豆素A、TNF、IL1、LPS、TPA、抗原、丝裂原、细胞黏附等。内皮细胞和成纤维细胞在单核因子(如IL1、TNF)和LPS等诱导下可产GMCSF；T细胞在PHA、PMA和IL2诱导下可增强其表达水平；巨噬细胞在LPS、FCS、吞噬作用、黏附等诱导下也可产生GMCSF；此外,肥大细胞、B细胞、间皮细胞、嗜酸粒细胞、中性粒细胞及多种条件培养液也可在基础状态或经诱导产生GMCSF。抑制剂有环孢菌素A、糖皮质激素、1,25(OH)2VitD3等。    GMCSF是一种主要由巨噬细胞和活化细胞产生的细胞因子,其可通过促进Dc、巨噬

6、细胞等抗原呈递细胞(antigenpresentingcell,APC)分化、成熟和活化进而促进Th、Tc、NK识别肿瘤相关抗原,在肿瘤部位浸润,引起系统性抗肿瘤反应,杀伤肿瘤同时还可促进细胞CD45RO+T细胞分化成熟及Langerhans细胞协同刺激因子及黏附分子B7/BB1的表达3,提高其抗原呈递能力。另外还可增加巨噬细胞主要组织相容性复合物(MHC)的表达,提高其抗原呈递能力。这些功能均提示GMCSF是一个极具潜力的免疫佐剂。    2  GMCSF与肿瘤细胞疫苗    肿瘤细胞本身不能在患者体内产生足够的免疫反应,

7、将细胞因子或共刺激分子基因导入作为疫苗的肿瘤细胞基因组,这样可产生一个微环境状态从而克服它的无反应性。其中最重要的细胞因子是GMCSF,它能够通过诱导DC的成熟,加强体内的抗原递呈。2004年,Kuang等4将经甲醛固定的自体肿瘤与GMCSF、IL22联合皮内注射,并以卡介苗作为外源性免疫刺激物,41例行根治性切除术的肝细胞癌(HCC)患者中，19例接受了疫苗治疗,治疗组复发率、复发时间、无瘤生存率及总生存率均有明显提高(P=0.01)。2005年,Peng等5用经甲醛固定的自体HCC疫苗+粒巨噬细胞集落刺激因子+IL22+结核菌素予60例或期HCC患者皮内注射,结果这些患者年复发率为33.3

8、%,而对照组为61.5%,治疗组复发时间明显延长,再次证明该疗法具有临床效果。    国外自体和异体GVAX(GMCSF基因修饰的自体肿瘤疫苗)肿瘤疫苗已经在肾癌、恶性黑色素瘤、非小细胞肺癌进行了或期临床试验6-8，结果GMCSF的免疫佐剂作用再次得到体现。Tani等6将GMCSF转导入肾脏肿瘤细胞构建成GVAX,肾脏肿瘤细胞来自期肾细胞癌(renal cell cancer,RCC)患者,他们成功地给4名患者进行了617次瘤苗治疗(剂量为1.4×1083.7×108个细胞),无一例发生不良反应,所有患者在注射局部均产生了DTH,皮肤活检标本显

9、示CD4阳性细胞、嗜酸粒细胞和HLADR阳性细胞侵润,外周血淋巴细胞增加；3名患者对自体RCC的细胞毒性增加,Western blot分析对自体RCC的体液免疫增强。他们认为,GVAX增加了抗肿瘤效应和体液免疫,从而能使患者生存期延长。另一项对肾脏肿瘤进行GMCSF转导的瘤苗治疗研究的期临床试验也表明，患者同样能产生强烈的DTH反应,并能使部分患者转移瘤体积减少了90%,他们认为,GMCSF能增强CD8(+)细胞抗肿瘤免疫应答,其作为免疫佐剂的作用是非常重要的9。Liljefors等10研究发现,在直肠癌患者中抗体依赖型细胞毒作用(antibodydependent cellular cyto

10、toxicity,ADCC)与GMCSF的剂量呈负相关。    然而自体GVAX肿瘤疫苗治疗的应用也存在某些局限性：(1)肿瘤细胞数量、活性及GMCSF分泌情况个体之间差别较大；(2)肿瘤患者体内是免疫抑制状态,应用自体肿瘤细胞制作肿瘤疫苗可能对机体的免疫系统激活作用不明显；(3)晚期患者很难得到足够的肿瘤组织制作肿瘤疫苗。而异体GVAX疫苗正好克服了这几个局限。患者在无肿瘤组织的情况下也可以进行治疗,还可以商业化生产。最重要的是临床前和临床研究发现,宿主APC能交差提呈异体GVAX肿瘤相关抗原11。2006年,Nemunaitis等8应用自体肿瘤细胞和异体GMC

11、SF分泌细胞系混合制成“旁分泌GVAX”疫苗,进行了和期非小细胞肺癌（NSCLC）的临床试验,效果和自分泌GVAX疫苗相当。在前列腺癌的临床试验证明,异体疫苗的研究结果很令人兴奋12,目前正在进行期临床试验。    3  GMCSF与肿瘤抗原疫苗    此种疫苗曾被称为“肽疫苗”,包括肿瘤特异性抗原疫苗、肽或蛋白质疫苗、抗独特型疫苗等,也是目前研究较多的肿瘤疫苗之一。    3.1  GMCSF与肿瘤特异性抗原疫苗    肿瘤特异性抗原疫苗是以肿瘤抗原(包

12、括TAA、TSA等)作为疫苗刺激机体,产生针对肿瘤细胞的免疫反应。近10年来,已有多种肿瘤抗原被用于临床研究,其中研究较多的是CEA(癌胚抗原)和PSA(前列腺特异性抗原)。此种疫苗多以牛痘病毒或复制缺陷的鸟病毒为载体,将编码完整的抗原基因导入,用之免疫患者可诱导特异性CTL的产生,溶解自体和异体同源的肿瘤细胞。有些研究人员也将GMCSF应用于重组痘苗病毒(rVV)中,并取得了肯定的结果。Ullenhag等13将上皮细胞黏附分子(EpCAM/KSA)的重组禽痘苗病毒(ALVACKSA)应用于直肠癌根治术术后的免疫治疗：12名经放疗后无明显肿块的直肠癌患者随机分为治疗组6人和对照组6人;对照组予

13、ALVACKSA治疗,治疗组予ALVACKSA/GMCSF治疗,结果发现对照组只有2例产生微弱的T细胞应答,治疗组有5例发生型T细胞应答,因此认为GMCSF加强了瘤苗诱导型T细胞应答。    3.2  GMCSF与肿瘤多肽疫苗    肿瘤多肽疫苗因具有制作工序简单、费用低廉、化学性质稳定、无致癌性等优点而成为肿瘤免疫治疗的新方法。理想的多肽疫苗免疫原性强,能激活抗原特异性CTL和辅助T淋巴细胞（HTL）反应,有效地杀伤肿瘤细胞而对正常细胞无毒害作用。但是普通的多肽抗原因表位单一、分子质量小、易降解等而致免疫原性弱,只能激发低

14、水平的CTL反应,不能获得理想的抗肿瘤效果。    近年来人们为提高多肽瘤苗的免疫原性及体内的稳定性,尝试运用各种免疫佐剂,其中包括GMCSF。Scheibenbogen等14以GMCSF和KLH作为MHC限制性酪氨酸酶多肽疫苗的佐剂,对43名高危黑色素瘤患者进行免疫接种实验,以比较不同佐剂对多肽疫苗作用的影响,结果表明：单独以GMCSF为佐剂的9例患者中有4例出现特异性T细胞反应；单独以KLH为佐剂的患者中未出现类似反应；而GMCSF和KLH联合作为佐剂则可增强多肽的免疫原性。说明不同的佐剂对多肽产生不同的影响,而联合使用佐剂GMCSF可以增强多肽的免疫原性。C

15、iesielskiet等15以赖氨酸桥连接8条EGFRv单体肽形成的八分枝肽来免疫恶性神经胶质瘤小鼠,同时用或不用GMCSF作为佐剂,结果表明,MAPs联合GMCSF效靶比201组杀伤率超过40%,单用MAPs组杀伤率10%,未免疫组杀伤率为0%,各组间有差异有统计学意义(P0.05)。Atzpodien等16以黑色素瘤抗原MelanA/MART1、MAGE1、gp100及酪氨酸酶联合GMCSF构建多肽疫苗,治疗24例恶性黑色素瘤复发切除术后的患者,结果显示,2年内未出现转移者占全部患者的8.6%,2年内未出现远处转移者占68%,2年总的生存率为85%,且治疗过程中患者耐受良好,未见严重副反应

16、。    3.3  GMCSF与抗独特型抗体疫苗    基于Jerne的免疫网络学说,抗独特型抗体疫苗是基于肿瘤抗原可被免疫球蛋白或细胞受体上的独特型抗体结构所模拟,能有效跨越种间限制,使之能在不同分子环境下被递呈而由另一个不同分子来呈现关键表位,往往会打破患者已存在的免疫耐受。抗独特型抗体肿瘤疫苗不包含名义抗原及其片段,不会产生像传统疫苗一样的副作用,且具有易扩增、实用、经济等优于传统疫苗的生物学优点。Cui等17模拟卵巢癌相关抗原0C1669,成功制备了抗独特抗体6Bll,并应用基因工程抗体技术制备6Bll单链抗体(6BllscFv)。为提高6Bl