肿瘤学概论(第2版)PPT课件-第十九章-肿瘤分子靶向治疗和基因治疗

作者:陆舜单位:上海交通大学附属胸科医院第十九章

肿瘤分子靶向治疗和基因治疗第一节肿瘤分子靶向治疗概述第二节肿瘤分子靶向治疗的分类第三节肿瘤分子靶向治疗药物的临床应用第四节肿瘤基因治疗简史第五节肿瘤基因治疗要素组成第六节肿瘤基因治疗策略重点难点熟悉了解掌握肿瘤分子靶向治疗的定义；肿瘤分子靶向治疗的分类肿瘤分子靶向药物的临床应用策略临床常用的肿瘤分子靶向药物肿瘤分子靶向治疗概述第一节肿瘤分子靶向治疗是以肿瘤细胞的标志性分子为靶点，研制出有效的阻断剂，干预细胞发生癌变的环节，如通过抑制肿瘤细胞增殖、干扰细胞周期、诱导肿瘤细胞分化、抑制肿瘤细胞转移、诱导肿瘤细胞凋亡及抑制肿瘤血管生成等途径达到治疗肿瘤的目的。肿瘤学概论（第2版）一、肿瘤分子靶向治疗的定义肿瘤学概论（第2版）二、肿瘤分子靶向治疗的靶点和治疗特点（一）肿瘤分子靶向治疗的靶点肿瘤的生长因子受体、信号转导分子、细胞周期蛋白、细胞凋亡调节因子、蛋白水解酶、血管内皮生长因子等都可以作为肿瘤治疗的分子靶点。（二）肿瘤分子靶向治疗的治疗特点主要是针对肿瘤细胞，而对正常细胞影响小。肿瘤分子靶向治疗的分类第二节肿瘤学概论（第2版）肿瘤分子靶向治疗根据其作用机制可分为两大类：一是针对肿瘤细胞本身的治疗；二是针对肿瘤生长微环境的治疗。（一）针对细胞膜上生长因子受体和细胞膜分化抗原的靶向治疗此类靶向治疗药物多数为单克隆抗体，单克隆抗体与生长因子受体或抗原的特异性结合，通过阻断细胞增殖信号，诱导肿瘤免疫应答，产生抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）和补体介导细胞毒作用（CDC），达到杀伤肿瘤细胞的目的。根据作用的靶分子不同，单克隆抗体可以分为作用于细胞生长因子受体的单克隆抗体和作用于细胞膜分化抗原的单克隆抗体两类。肿瘤学概论（第2版）一、针对肿瘤细胞本身的分子靶向治疗（一）针对细胞膜上生长因子受体和细胞膜分化抗原的靶向治疗1.作用于细胞生长因子受体的单克隆抗体单克隆抗体与相应生长因子受体结合后将阻断细胞增殖信号转导，抑制肿瘤细胞生长，同时也能通过诱导免疫应答杀伤肿瘤细胞。（1）作用于EGFR家族的单克隆抗体：单克隆抗体与EGFR家族成员结合后，阻断了其与配体的结合，从而阻断了肿瘤细胞内增殖和生存的主要信号途径。（2）作用于VEGFR的单克隆抗体：单克隆抗体与VEGFR结合后不仅抑制肿瘤血管新生，同时还可以抑制肿瘤细胞增殖，促进肿瘤细胞凋亡。（3）作用于IGFR的单克隆抗体：IGF1R单克隆抗体能够封闭肿瘤细胞表面过表达的IGF1R，使其不能与IGF1结合，从而促进肿瘤细胞凋亡。肿瘤学概论（第2版）一、针对肿瘤细胞本身的分子靶向治疗肿瘤学概论（第2版）（一）针对细胞膜上生长因子受体和细胞膜分化抗原的靶向治疗2.针对细胞膜分化抗原的单克隆抗体细胞膜分化抗原是指在细胞分化、成熟和活化过程中出现的细胞表面标记，通常以分化抗原簇（Clusterofdifferentiation，CD）来代表。白细胞分化抗原在一些血液系统恶性肿瘤中会出现高表达。单克隆抗体与白细胞分化抗原结合后通过ADCC和CDC效应杀伤肿瘤细胞。一些分化抗原单克隆抗体与化学药物、放射性核素共同构成单克隆抗体偶联物，使杀伤肿瘤细胞的活性物质特异性地作用于肿瘤细胞。单克隆抗体与相应生长因子受体结合后将阻断细胞增殖信号转导，抑制肿瘤细胞生长，同时也能通过诱导免疫应答杀伤肿瘤细胞。肿瘤学概论（第2版）一、针对肿瘤细胞本身的分子靶向治疗肿瘤学概论（第2版）（二）针对细胞内信号转导分子的靶向治疗肿瘤学概论（第2版）一、针对肿瘤细胞本身的分子靶向治疗1.酪氨酸激酶抑制剂酪氨酸激酶抑制剂可以抑制酪氨酸激酶的自身磷酸化及底物的磷酸化，阻断异常的酪氨酸激酶信号转导，从而抑制细胞增殖，促进细胞凋亡。（1）受体型酪氨酸激酶抑制剂：包括单靶点EGFR酪氨酸激酶抑制剂和多靶点酪氨酸激酶抑制剂。它可抑制酪氨酸激酶的自身磷酸化及底物的磷酸化，进而阻断异常的酪氨酸激酶信号转导。（2）非受体型酪氨酸激酶抑制剂：非受体型酪氨酸激酶包括BCR-ABL酪氨酸激酶和SRC酪氨酸激酶等，抑制剂通过调节蛋白的磷酸化水平，激活细胞增殖和分化信号通路。（二）针对细胞内信号转导分子的靶向治疗肿瘤学概论（第2版）一、针对肿瘤细胞本身的分子靶向治疗2.酪氨酸激酶下游信号转导通路关键分子抑制剂酪氨酸激酶激活的主要下游信号传导通路包括RAS-MAPK信号通路和PI3K/AKT/mTOR信号通路等。（1）

RAS-MAPK信号通路：涉及药物作用靶点包括RAS、RAF、MEK、ERK以及核内相关转录因子等。（2）

PI3K/AKT/mTOR信号通路：PI3K活化后可激活下游激酶如AKT等，激活的AKT转移至细胞核内磷酸化mTOR，活化的mTOR作用于下游底物从而产生生物学作用，其中mTOR为肿瘤治疗的一个重要靶点。（三）针对细胞周期蛋白的靶向治疗肿瘤学概论（第2版）一、针对肿瘤细胞本身的分子靶向治疗细胞周期调控是一个非常复杂和精细的调节过程，它与细胞的分化、生长和死亡有着紧密的关系。周期素依赖性激酶/周期素（CDK/cyclin）是细胞周期调控网络的核心，主导周期的启动、进行和结束。Aurora激酶为细胞有丝分裂的重要调节激酶。以CDK/cyclin和Aurora激酶为靶点的靶向治疗是目前的研究重点。（四）针对细胞凋亡调节因子的靶向治疗肿瘤学概论（第2版）一、针对肿瘤细胞本身的分子靶向治疗细胞凋亡是细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身程序，由基因控制的细胞自主性死亡方式。细胞凋亡的相关调控基因包括凋亡促进基因和凋亡抑制基因两大类。凋亡促进基因包括：P53基因、MYC基因、TRAIL基因等。凋亡抑制基因包括：BCL-2基因、IAP家族、COX-2基因等。以细胞凋亡相关调控基因为靶点，诱导肿瘤细胞凋亡，是目前肿瘤分子靶向治疗重要的研究方向。（五）针对细胞表观遗传学的靶向治疗肿瘤学概论（第2版）一、针对肿瘤细胞本身的分子靶向治疗肿瘤细胞还常常存在表观遗传学异常，包括DNA异常甲基化、组蛋白去乙酰化异常及其所致的染色质结构异常。甲基转移酶抑制剂可以使抑癌基因的功能得到恢复，即去甲基化，从而达到治疗肿瘤的目的。组蛋白去乙酰化酶抑制剂就是通过逆转组蛋白低乙酰化水平，恢复某些抑癌基因的功能而发挥治疗癌症的作用。肿瘤学概论（第2版）肿瘤学概论（第2版）肿瘤在其发生和发展过程中所处的内环境即肿瘤微环境由血管、间质细胞、细胞外基质和少量免疫细胞组成，它是肿瘤细胞生存、增殖的土壤，与肿瘤的增殖及转移密切相关。而针对肿瘤生长微环境的分子靶向治疗目前临床上研究最多的是抗肿瘤血管和新生血管生成的治疗。肿瘤学概论（第2版）二、针对肿瘤生长微环境的治疗（一）抗VEGF药物肿瘤学概论（第2版）二、针对肿瘤生长微环境的治疗在众多血管生成因子中，VEGF作用最强，在血管生成过程中发挥着至关重要的调控作用，VEGF和VEGFR在肿瘤细胞及肿瘤血管内皮中均呈高表达，是抗肿瘤血管生成最为理想的靶点。（二）抑制细胞外基质降解的药物肿瘤学概论（第2版）二、针对肿瘤生长微环境的治疗基质金属蛋白酶（MMP）能降解细胞外基质，使内皮细胞进入肿瘤间质，从而促进肿瘤细胞的迁徙及肿瘤血管的形成。天然和人工合成的基质金属蛋白酶抑制剂能阻断MMP降解细胞外基质成分，从而抑制肿瘤的转移和新生血管的生成。（三）直接抑制内皮细胞的药物肿瘤学概论（第2版）二、针对肿瘤生长微环境的治疗新生血管主要有内皮细胞、周细胞和基底膜构成，内皮细胞的激活、迁移和增殖是血管生成的关键步骤。内皮抑素是胶原Ⅷ的C末端非胶原区结构域的184个氨基酸片段，可抑制血管内皮细胞的增生，从而抑制血管生成。（四）其他抗肿瘤血管生成药物肿瘤学概论（第2版）二、针对肿瘤生长微环境的治疗角鲨胺（squalamine）是从鲨鱼肝脏提取的血管抑制剂，可通过选择性抑制内皮细胞H+-Na+交换发挥抗血管生成作用；沙利度胺（thalidomide）通过下调VEGF、抑制COX-2及其下游因子PGE2，从而抑制肿瘤血管生成。肿瘤分子靶向治疗药物的临床应用第三节（一）分子靶向药物单独应用有些分子靶向药物可单独用于治疗某些肿瘤。EGFR酪氨酸激酶抑制剂，譬如吉非替尼、厄洛替尼或埃克替尼治疗敏感基因突变的晚期非小细胞肺癌总有效率超过70%，远远优于传统化疗。伊马替尼治疗慢性粒细胞白血病慢性期患者的完全血液学缓解率超过90%。肿瘤学概论（第2版）一、分子靶向药物临床应用策略（二）分子靶向药物与化疗联合应用分子靶向药物与化疗联用是目前单克隆抗体和抗肿瘤血管生成药物临床应用的主要方式，如曲妥珠单抗联合化疗治疗乳腺癌，贝伐单抗、西妥昔单抗联合化疗治疗结直肠癌和非小细胞肺癌等，都可以提高肿瘤治疗的缓解率和延长患者的生存期。肿瘤学概论（第2版）一、分子靶向药物临床应用策略（三）分子靶向药物与放疗联合应用EGFR过度表达使肿瘤对放疗敏感性下降，应用EGFR酪氨酸激酶抑制剂或EGFR单克隆抗体可以使肿瘤细胞对放疗敏感性增强。抗血管生成治疗可以改建肿瘤紊乱的血管网，使之结构、功能趋于正常化，从而改善局部血液循环，降低肿瘤间质压力，提高局部氧分压的作用，从而增加肿瘤细胞对放疗的敏感性。抗血管生成药物与放疗联合应用可增加肿瘤的放疗敏感性。肿瘤学概论（第2版）一、分子靶向药物临床应用策略（四）分子靶向药物联合应用肿瘤的发生、发展机制复杂，可能同时存在多基因、多条转导通路异常。分子靶向药物的联合应用治疗肿瘤是目前重要的研究方向，贝伐单抗联合EGFR酪氨酸激酶抑制剂厄洛替尼用于治疗晚期非小细胞肺癌的临床试验结果表明，两者联合应用显示出抑制肿瘤生长的协同效应。肿瘤学概论（第2版）一、分子靶向药物临床应用策略肿瘤分子靶向药物还可以根据药物化学结构分为单克隆抗体和小分子化合物两类，单克隆抗体类药物的特点是多数不能穿透细胞膜，通过作用于细胞微环境或细胞表面的分子发挥作用。小分子化合物则可以穿透细胞膜，通过与细胞内的靶分子结合发挥作用。肿瘤学概论（第2版）二、临床常用的肿瘤分子靶向药物（一）单克隆抗体类药物肿瘤学概论（第2版）一、临床常用的肿瘤分子靶向药物1.西妥昔单抗一种EGFR单克隆抗体，可以治疗结直肠癌、非小细胞肺癌和头颈部肿瘤。2.贝伐单抗一种VEGF单克隆抗体，可以治疗结直肠癌、非鳞型非小细胞肺癌。3.曲妥珠单抗一种HER-2单克隆抗体，可以治疗乳腺癌、胃癌和贲门癌。4.利妥昔单抗一种CD20单克隆抗体，可以治疗CD20表达阳性淋巴瘤。肿瘤学概论（第2版）（二）小分子化合物肿瘤学概论（第2版）一、临床常用的肿瘤分子靶向药物1.表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKI）包括吉非替尼、厄罗替尼和埃克替尼，可以治疗EGFR基因敏感突变阳性的非小细胞肺癌。2.索拉非尼一种多靶点酪氨酸激酶抑制剂，可以治疗肾细胞癌和肝细胞癌。3.舒尼替尼一种多靶点酪氨酸激酶抑制剂，可以治疗不能手术的晚期肾细胞癌和胃肠道间质瘤。4.伊马替尼一种BCR-ABL酪氨酸激酶的抑制剂，可以治疗费城染色体阳性的白血病和胃肠道间质瘤。5.依维莫司一种mTOR抑制剂，可治疗肾细胞癌和室管膜下巨细胞性星形细胞瘤。肿瘤学概论（第2版）肿瘤基因治疗简史第四节肿瘤学概论（第2版）20世纪50年代20世纪60年代1990年2000年开始2009年2015年2017年DNA双螺旋结构被发现，疾病研究进入基因时代基因治疗里程碑事件——临床应用转基因治疗腺苷脱氨酶（ADA）缺陷症基因治疗被《科学》杂志评为“十大科学突破之一”提出基因交换和优化设想肿瘤基因治疗起步多项基因治疗临床试验获得成功首个CAR-T细胞疗法临床应获批治疗黑色素瘤的溶瘤病毒药物获批肿瘤学概论（第2版）肿瘤基因治疗史上的技术突破初级技术体系的建立1.发现DNA双螺旋结构、限制性内切酶、DNA连接酶和逆转录酶2.发明基因体外扩增、基因克隆与重组、载体构建和传递等技术分子生物学和基因工程技术的突破性进步1.基因工程技术：构建多种病毒载体及非病毒载体2.基因编辑技术：任意修复基因缺陷3.细胞工程技术：体内提取细胞在体外进行改造，再输回体内肿瘤学概论（第2版）针对单基因的基因治疗成功案例1.腺苷脱氨酶（ADA）缺陷所致重症联合免疫缺陷症2.A型血友病、心衰、罕见失明等疾病

肿瘤基因治疗的成功案例肿瘤坏死因子基因导入肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）治疗晚期黑色素瘤CD154基因导入B淋巴细胞治疗慢性淋巴细胞白血病溶瘤痘病毒JX-594治疗肝癌溶瘤病毒药物T-Vec治疗黑色素瘤

CAR-T细胞治疗复发或难治性急性淋巴细胞白血病和成人复发/难治性大B细胞淋巴瘤

代表性基因治疗成功案例肿瘤学概论（第2版）肿瘤基因治疗注册的临床试验已达数千项占所有基因治疗临床试验的60%以上是肿瘤治疗最具前景领域肿瘤基因治疗现状与发展肿瘤基因治疗要素组成第五节肿瘤学概论（第2版）基因治疗要素组成概况要素组成载体系统病毒载体腺病毒载体腺相关病毒载体逆转录病毒载体慢病毒载体非病毒载体真核细胞表达质粒阳离子多聚物和脂质体纳米粒、人工外泌体目的基因直接针对肿瘤细胞的基因癌基因抑癌基因自杀基因提高免疫细胞功能的基因受体细胞免疫细胞肿瘤浸润性淋巴细胞树突状细胞其他免疫效应细胞肿瘤细胞干细胞肿瘤学概论（第2版）一、载体系统

载体概念：治疗基因导入人体细胞内的运送工具

分类：病毒载体和非病毒载体（一）病毒载体

特点：转移效率和持久性较高用途：通过改造野生型病毒，去除其病原性并保留高转染效率的特性，利

用基因工程方法加入目的基因，再通过生物学感染的方法导入细胞

内表达目的基因病毒分类：DNA病毒、RNA病毒和嵌合型病毒肿瘤学概论（第2版）病毒载体腺病毒载体腺相关病毒载体逆转录病毒载体慢病毒载体类型双链DNA病毒

单链线状DNA病毒

RNA病毒

逆转录病毒科慢病毒属

优点①

感染效率高，宿主细胞范围广；②

致病性低；③

可携带目的基因容量大；④稳定性好，易于获得高滴度的病毒颗粒；①

基因组小，易于操作；②

能感染分裂期和非分裂期细胞；③

生物安全性好；④

高效整合，可持续稳定表达。

①

能准确整合于宿主细胞染色体中，外源目的基因能长期稳定表达；②

宿主细胞广泛；③

无毒性作用；④

可附加不同调控元件提高外源基因的表达效率。

①

基因容量大；②

目的基因表达时间长；③

不易诱发宿主免疫反应。缺点①

不能整合到宿主的染色体上

，表达时间短，需重复给药；②

病毒载体易被清除，产生过敏反应；③

缺乏特异性和靶向性。

①

体外不容易制备高滴度病毒；②

装载容量有限；③

需辅助病毒参与复制。

①

只能感染分裂期细胞；②

无靶向性，可能引起细胞恶变；③

装载外源基因能力有限；④

病毒滴度低，不易纯化。

①

毒力恢复问题；②

垂直感染。病毒载体分类和特点肿瘤学概论（第2版）一、载体系统（二）非病毒载体优点：安全性高，易制备缺点：转染效率低，表达不稳定种类：

1.

真核细胞表达质粒：将外源基因构建于真核表达载体

2.

阳离子多聚物和脂质体：优点：携带的基因不受DNA大小限制、无生物源性、体外稳定性好、体内可生物降解缺点：转染效率低，表达短暂

3.

纳米粒：具有靶向性，安全性好，可通过血脑屏障，不被核酸酶降解肿瘤学概论（第2版）二、目的基因（一）直接针对肿瘤细胞的基因1.癌基因通过基因封闭抑制癌基因（如K-RAS、MYC）功能，能抑制肿瘤生长方法：RNA干扰，反义核苷酸技术，核酶技术2.抑癌基因将野生型抑癌基因（如TP53、p16、p21、p27及RB1）导入肿瘤细胞，补偿和代替突变或缺失的抑癌基因，重建其功能，抑制肿瘤细胞异常生长肿瘤学概论（第2版）二、目的基因（一）直接针对肿瘤细胞的基因3.自杀基因作用机制：将细菌、病毒和真菌中特有的药物敏感基因导入肿瘤细胞，在肿瘤细胞内将无毒性的药物前体转换成毒性药物，靶向杀伤肿瘤细胞通过血管或者细胞间隙，将代谢的毒性产物从导入自杀基因的肿瘤细胞中扩散到邻近的肿瘤细胞，引发旁观者效应，杀死其周边的肿瘤细胞常用自杀基因系统：单纯疱疹细胞I型胸苷激酶/丙氧鸟苷（HSV1-tk/GCV）系统带状疱疹病毒胸腺嘧啶激酶/阿糖甲氧基嘌呤（VZVtk/Ara2M）系统

胞嘧啶脱氨酶/5氟胞嘧啶（CD/5-FC）系统硝基还原酶/CB1954（NTR/CB1954）系统肿瘤学概论（第2版）二、目的基因（二）提高免疫细胞功能的基因1.

目的基因种类MHC/HLA共刺激分子肿瘤抗原细胞因子的相应基因2.

用法上述基因导入免疫细胞、干细胞、纤维细胞等易于体内移植的细胞后可在体内长期大量表达，增强机体对肿瘤的免疫反应，治疗肿瘤肿瘤学概论（第2版）三、受体细胞优点1.来源容易2.易在体外培养和扩增3.易于被基因转染并高效表达4.易于体内移植或回输，所携带的目的基因能在体内稳定表达5.生存寿命较长

种类1.免疫细胞2.肿瘤细胞3.干细胞肿瘤学概论（第2版）三、受体细胞（一）免疫细胞1.肿瘤浸润性淋巴细胞

对自体癌细胞有高度特异性杀伤能力2.树突状细胞（DC）在体外扩增DC细胞，将细胞因子或肿瘤抗原基因导入DC细胞，制备疫苗后回输至患者体内。3.其它抗原特异性T细胞、自然杀伤细胞、巨噬细胞、淋巴因子激活的杀伤细胞及细胞因子诱导的杀伤细胞

。肿瘤学概论（第2版）三、受体细胞（二）肿瘤细胞将核酶、小干扰RNA或反义核酸导入肿瘤细胞，抑制癌基因的表达；将野生型正常基因作为治疗基因导入肿瘤细胞，纠正抑癌基因的功能缺陷。将肿瘤抗原或相关抗原、MHC抗原、细胞因子受体等基因转入肿瘤细胞，用射线照射，使其失去肿瘤性，制备肿瘤疫苗，激活机体的免疫杀伤作用。（三）干细胞种类：造血干细胞、神经干细胞和骨髓间充质干细胞（BMMSC）。BMMSC特点：来源充足、易制备、安全性好，极具应用前景。肿瘤学概论（第2版）四、基因治疗常用技术（一）基因转移技术概念：将目的基因转移到人体的受体细胞内，从而使受体获得对抗疾病能力的一种技术。需要借助于载体。分类：1.体外转移将插入目的基因的载体在体外转移入自体或异体来源的受体细胞中，再将这些经过修饰的受体细胞回输入受体体内，让外源基因在受体体内表达以激活肿瘤免疫反应或直接靶向肿瘤细胞。优点：安全，效果易控制缺点：技术复杂，可能发生遗传性病变，或者回输后不能长期生存2.体内转移优点：安全性高，操作简单、经济、易推广，完整保留抗原性，尤其适用于免疫基因治疗缺点：难以接近靶组织，转移效率低，注入的DNA整合不完全，疗效时间短肿瘤学概论（第2版）（二）基因编辑技术CRISPR/Cas9系统——迄今为止最强大的基因编辑技术

特点1.在有引导RNA（gRNA）的存在下，能方便准确地切割DNA，对单个或多个基因进行添加、消除、关闭或启动等基因编辑。

2.既可以在体外细胞进行，也可以将基因编辑工具递送到体内进行原位基因组编辑，并且使基因表达更具生理相关性。

意义：划时代的基因编辑技术，显著降低了基因编辑的工作量及成本，将对基因治疗起到不可估量的推动作用。

四、基因治疗常用技术肿瘤学概论（第2版）（三）细胞工程技术CAR-T细胞免疫基因治疗——最成功的细胞工程技术概念：CAR是指工程化的嵌合抗原受体（chimericantigenreceptor,CAR），由一个来自免疫球蛋白分子或T细胞受体的抗原结合结构域，和介导细胞内信号传导域融合，能够激活和增强T细胞的肿瘤抗原识别能力和特异性杀伤功能。方法：从患者体内分离T细胞，在体外将CARs传送到T细胞中，产生抗原特异性T细胞，经由体外扩增后再次注入患者体内，以达到消灭癌细胞的效果。

四、基因治疗常用技术肿瘤基因治疗策略第六节肿瘤学概论（第2版）一、免疫基因治疗（一）靶向免疫细胞的基因治疗CAR-T治疗：2017年美国批准用于治疗难治性急性淋巴性白血病（ALL）和弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL），我国十几项CAR-T临床试验正在接受CFDA审批；基于CRISPR技术的临床试验也已经起步。（二）基因疫苗DC疫苗：已获F