春临床免疫学tumor immunology

肿瘤免疫和免疫治疗

TumorImmunologyandcancerimmunotherapy

王青青

浙江大学医学院免疫学研究所

PPT下载：王青青个人主页在左下角“链接”的“课件下载”中下载“2015春”文件夹：2015春《临床免疫学》验证码1234References(1)

Abul

K.

Abbas,

Andrew

H.

Lichtman,

Shiv

Pillai.

Cellularand

molecular

immunology.

Elsevier

Saunders

publishing.2011(7th

edition）(2)《医学免疫学》（第6版），曹雪涛，人民卫生出版社，2013(3)Kenneth

M.

Murphy.Janeway‘s

Immunobiology.Garland

Science.2012

(8th

edition)Retinoblastoma(视网膜母细胞瘤)Cancerin2012:14.1millionnewcases(3.07millioninChinaannually)8.2milliondeath(2.2millioninChinaannually)Cancertherapy:Surgery,radiotherapy,chemotherapyBiotherapy(Immunotherapy)?

导言

一、肿瘤流行病学

二、肿瘤免疫的研究历史

20世纪40~50年代，近交系小鼠的建立，为研究肿瘤抗原提供了实验动物，Gross、Prehn、Main等人证实甲基胆蒽(MCA)诱发的肉瘤存在肿瘤移植抗原。

70年代McAb和CKs的发现，研究集中在抗肿瘤体液免疫和细胞免疫。

80~90年代发现MHC分子递呈的T细胞表位和肿瘤特异性抗原。三、肿瘤免疫学的研究对象1.肿瘤的免疫原性2.机体抗肿瘤的免疫效应机制及其与肿瘤发生发展的相互关系3.肿瘤的免疫学诊断和免疫治疗

肿瘤抗原

一、肿瘤抗原的概念

细胞癌变过程中出现的新抗原(neoantigen)物质的总称。1.TSA(tumorspecificantigen)

仅在肿瘤细胞表达而正常细胞所没有的抗原。

TSTA(Tumorspecifictransplantationantigen)TRA(tumorrejectionantigen)

表达于肿瘤细胞表面的能引起有效的抗肿瘤免疫应答，导致肿瘤被排斥的肿瘤抗原。

2.TAA(tumorassociatedantigen)

非肿瘤细胞所特有，在正常细胞上也表达的,细胞癌变时其含量明显增加或异位表达的抗原。二、按来源分正常细胞基因编码的肿瘤抗原突变细胞基因编码的肿瘤抗原病毒基因编码的肿瘤抗原未知基因起源的产物(一)正常细胞基因编码的肿瘤抗原

1.“沉默”基因表达的肿瘤抗原原指正常时不表达而细胞恶变时表达的基因。如MAGE(melanomaantigen-encodinggene)2.胚胎抗原(fetalantigen):AFP;CEA3.分化抗原(differentiationantigen)

B细胞白血病表达的SmIg,T细胞白血病表达的CD4或CD8可明显高于正常细胞许多倍。

(二)突变细胞基因编码的肿瘤抗原表达TSA，但极大多数存在于细胞内，而不能诱导有效的抗肿瘤免疫应答。如：p21ras;p53。

1.突变ras基因编码的蛋白包括K-ras、H-ras和N-ras基因↓编码

P21ras蛋白正常：参与细胞信号转导、生长、分化突变：N端保守区12和61位密码子见于多种肿瘤2.突变p53基因编码的蛋白

p53基因(抑癌基因)一→p53蛋白正常：抑制肿瘤

编码突变：多发生于5~8外显子区，促进恶变(三)病毒基因编码的肿瘤抗原

1.DNA病毒：

①疱疹病毒(herpesvirus):皮肤癌EBV:NPC,Burkitt’slymphomaCMV:HIV相关的Kaposi肉瘤②乳头状瘤病毒(papillomavirus):HPV:宫颈癌，皮肤癌，乳头状瘤。③乙肝病毒(HBV):与原发性肝癌有关。ThePhiladelphiachromosome(Ph+,22q-)andchronicmyeloidleukaemia(CML).

BCR/ABLfusionproteinenhancestyrosinekinaseactivity.2.RNA肿瘤病毒仅逆转录病毒有致瘤性，与人类肿瘤有关的RNA病毒有：①HTLV-I：引起人类T细胞白血病/淋巴瘤②HTLV-II：与毛细胞白血病有关(四)未知基因起源的产物理化因素如紫外线或MCA诱发的肿瘤所表达的抗原。具有明显的个体特异性，甚至在同一个体的不同部位所诱发的肿瘤，其抗原性也不同。但机制不清。

机体抗肿瘤的免疫效应

一、免疫监视学说及其评价

1909年Ehrlich预言，机体的免疫反应具有抗肿瘤作用。20世纪50年代，Thomas提出细胞免疫可能代表了机体抗肿瘤的机制。1967年Burnet提出免疫监视(immunesurveillance)学说。免疫监视学说的理论依据①免疫抑制、免疫缺陷者、幼儿和老年人易发肿瘤；②肿瘤的自发消退现象；③抗淋巴细胞血清处理的或新生期摘除胸腺的小鼠，

易诱发肿瘤。

TumortypeRelativeriskKaposi’sa50-100Non-Hodgkinlymphoma25-45Carcinomaoftheliver20-35Carcinomaoftheskin20-50Carcinomaofthecervix2.5-10Melanoma2.5-10Lung1-2Relativeriskoftumorsinimmunosuppressedkidneytransplantrecipients

二、抗肿瘤免疫效应机制

(一)B细胞和抗体

B细胞在抗肿瘤效应中具有双重作用:1.B细胞递呈肿瘤抗原，诱导CD4+T细胞对

肿瘤的应答。2.抗体的抗肿瘤作用①CDC：不同的肿瘤细胞对CDC的敏感性不同，白血病细胞较敏感，而肉瘤不敏感。对防止癌细胞的转移有一定的作用②ADCC：NK细胞介导③免疫调理作用：FcR④其他抗瘤作用：封闭受体(如转铁蛋白受体)；改变瘤细胞的黏附特性。(二)T细胞的抗肿瘤作用

T细胞具有有效的抗肿瘤作用，在机体抗肿瘤中居主导地位

1.CTL的抗瘤作用

CD8+CTL：细胞毒途径(穿孔素/颗粒酶)

凋亡途径(Fas)2.Th的抗肿瘤作用

①释放细胞因子

如GM-CSF→MΦ活化

IL-2,IFN-,etc.→T细胞、NK细胞活化

②CD40L与DC表面CD40结合上调DC表达协同刺激分子(B7、ICAM-1)→激活CTL(三)NK细胞的抗瘤作用

能抗同系、同种或异种肿瘤细胞。对淋巴瘤及白血病细胞尤为有效，但对实体瘤的作用较差。

①直接杀伤：穿孔素/颗粒酶

KIR：识别MHC-Ⅰ类分子传递抑制信号

KAR：识别肿瘤细胞表面糖类配体活化信号②ADCC③CKs：IL-2,IFN-

等(四)巨噬细胞的抗肿瘤作用

瘤灶中浸润的M(TAM)与肿瘤的转移率呈负相关。①递呈肿瘤抗原②分泌活性产物抑制肿瘤生长溶酶体酶，NO，TNF，氧自由基③ADCC④与T细胞、抗体及补体协同发挥抗肿瘤作用

⑤通过膜受体直接与瘤细胞结合并杀伤之(五)其他细胞的抗肿瘤作用：LAK细胞，TIL,CD3AK等肿瘤的“免疫编辑”RDSchreiberetal.Science2011;331:1565-1570免疫逃逸免疫平衡免疫清除3个阶段

肿瘤逃避免疫攻击的机制一、肿瘤细胞膜分子表达异常

1.MHC分子表达异常：

①多数肿瘤MHC-Ⅰ类分子表达↓或表型改变逃避CTL的攻击②某些肿瘤能表达非经典的Ⅰ类分子逃避NK的攻击③LMP和TAP的丢失卵巢癌TAP和LMP表达缺陷者达

62.5%④大多数肿瘤细胞不表达Ⅱ类分子不能诱导CD4+T细胞

2.共刺激分子表达异常如B7、ICAM-1等3.丢失Fas,表达FasL脑胶质瘤、结直肠癌、肝癌、黑色素瘤、肺癌等肿瘤细胞，膜表面Fas表达显著减少或丢失，而FasL的表达增强。从而一方面能抵抗肿瘤细胞凋亡，另一方面能使肿瘤细胞诱导免疫细胞的凋亡。4.表达mCRP(膜结合补体调节蛋白)分子

降解补体分子，免受CDC

二、肿瘤细胞分泌抑制性CKs及可溶性粘附分子TGF-

,IL-10,VEGF(vascularendotheliumgrowthfactor)，sICAM-1等。TGF-

能抑制多种免疫细胞活化、增殖、分化。能封闭信号传导途径IL-10

抑制Th1细胞、促进Th2细胞、下调Ⅱ类分子VEGF促进肿瘤血管形成三、肿瘤生长因子的分泌如骨髓瘤、毛细胞白血病、肾细胞癌分泌IL-6

淋巴瘤分泌TNF、IL-10促进肿瘤生长

四、肿瘤细胞的抗原性弱及抗原调变抗原性弱：TAA或TSA与正常细胞的膜分子差异很小。抗原调变：宿主对肿瘤抗原的免疫应答导致肿瘤细胞表面抗原的表达减少或丢失，使肿瘤细胞不易被宿主免疫系统识别，得以逃逸机体的免疫攻击。五、肿瘤微环境中免疫增强CKs含量↓

APC释放IL-1的能力显著降低，影响Th细胞的活化，进而影响CTL的活化。

IL-2、IFN等↓六、抑制性细胞亚群InhibitorycellsubsetsTreg,MDSC…肿瘤免疫逃逸肿瘤调节性T细胞tumorregulatoryTcells,Treg1975年提出抑制性T细胞可能在肿瘤的发生发展中发挥重要作用（Immunol.Commun.,1975,4,201–217）Treg在肿瘤免疫中的作用1980年的实验研究首次报道了抑制性T细胞对抗肿瘤免疫功能的抑制作用（JExpMed.1980;151:69-80）1990首次获得抑制性T细胞克隆并明确提出体内存在抑制性T细胞对抗肿瘤免疫的抑制作用（JImmunol,1990,145,2359-64）1999年动物实验发现去除Treg能增强抗肿瘤免疫（JImmunol.1999;163:5211-8）2001年发现患者肿瘤局部Treg数量增多（CancerRes.2001;61:4766-72）2004年证明人类肿瘤局部Treg数量与肿瘤的进展和预后相关（NatMed.2004;10:942-9）2004年明确提出Treg在肿瘤免疫的调节中发挥着关键作用（JExpMed，2004，200：771-82）肿瘤Treg的产生机制肿瘤Treg抑制作用的机制肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associatedmacrophages,TAM）巨噬细胞肺： 肺泡巨噬细胞肝： 枯否（Kupffer）细胞脾与淋巴结：游走与固定巨噬细胞浆膜腔： 胸、腹腔巨噬细胞神经组织：小胶质细胞骨： 破骨细胞关节： 滑膜A型细胞不同部位的巨噬细胞巨噬细胞的分型过敏性反应和寄生虫感染介导Th2型活化和免疫调控介导免疫调控，参与基质沉积和组织修复PaolaAllavena，AntonioSica，CeciliaGarlanda，AlbertoMantovani.TheYin-Yangoftumor-associatedmacrophagesinneoplasticprogressionandimmunesurveillance.ImmunologicalReviews2008.222:155–161TAM的来源表达低水平MHC-II抗原呈递功能低下分泌高水平的免疫抑制性细胞因子如IL-10和TGF-β，炎症性细胞因子IL-12、IL-6、IL-1β、TNFα的产生显著低下产生较低水平的NO、ROIs等TAM的促瘤效应及相关机制

髓系来源的抑制性细胞(myeloid-derivedsuppressorcells,MDSCs)小鼠GR1+CD11b+DMSCs人CD14-CD11b+

HeterogeneousEarlystageofdifferentiationmice:CD11b+Gr-1+

human:CD34+CD33+CD13+CD15-

(MHCIICD40CD86)Low-NullCD14-CD11b+

AccumulationofMDSCs

AnimaltumormodelsandCancerpatientsAbilitytosuppressCD8+andCD4+TCellsMyeloid-derivedsuppressorcells(MDSCs)COX2（PTGS2）、PGE、SCF、M-CSF、IL-6、GM-CSF、VEGF扩增、募集活化IFN-γ、IL-4、IL-13、TGF-βMDSC的扩增、募集和活化肿瘤诱导的MDSC的特征MDSCs促肿瘤效应

穿孔素MDSC的亚群

单核样MDSCsLy-6G-Ly6ChighCD11b+粒细胞样MDSCsLy-6G+Ly6ClowCD11b+小鼠的脾肿大的程度和肿瘤大小(4T1)成正相关4T1荷瘤小鼠脾脏中MDSC(CD11b+Gr-1+)与肿瘤进展的相关性4T1荷瘤小鼠脾脏中CD4+CD25+Tcell(Treg)与肿瘤进展的关系CD4CD25

上述因素，在肿瘤局部实际上形成了一个高度免疫抑制的“黑洞”区。ActiveNon-specificBCG,Corynebacterium,cytokinesspecificTumorvaccinesorDNAantigen-pulseddendriticcellsPassiveNon-specificLAKcellsspecificAntibodiesaloneorantibodyconjugatesTumorImmunotherapy肿瘤的免疫治疗肿瘤疫苗树突状细胞疫苗……抗体细胞因子过继淋巴细胞治疗……2012年12月2013年六大值得关注的科学领域之一：肿瘤免疫治疗肿瘤的生物治疗一、特异性主动免疫治疗(SAIT)

用肿瘤疫苗给患者进行免疫接种，以激发患者对肿瘤的特异性免疫应答。

(一)肿瘤细胞疫苗用理化或生物学方法处理肿瘤细胞而制成。多数情况下疗效不肯定。

(二)DNA疫苗将编码抗原肽的基因与痘苗病毒载体重组而成。

TumorImmunotherapySuccesshasbeentoorareforonetobeconvinced,buttoofrequentforonetogiveup.50%assumption:50%vaccinecarriesrelatedantigen50%generatingT-cellresponse50%therapeuticallyusefultotal12.5%showingclinicaleffect(三)肿瘤多肽疫苗

1.分离提纯膜组分及TAA、Anti-Id代替TAA、人工合成多肽TAA以及构建表达TAA的重组病毒等方法，制备TAA多肽瘤苗，并增强TAA的抗原性。在动物实验及临床上均已取得一定疗效。

2.人类TSA研究取得的成就为主动免疫治疗奠定了基础。MAGE-1的9肽与HLA-A1+APC结合可诱导出较强的CTL应答。(四)肿瘤细胞在基因水平上的修饰

1.通过基因转染增强MHCI类分子的表达①MHCI类分子的基因②促进MHCI类分子表达的细胞因子基因

2.通过基因转染增强共刺激分子(B7)的表达。

UseofB7genetransfectedtumorcellsforcancerimmunotherapy.(五)DC瘤苗近年的研究热点之一肿瘤抗原（肽）或基因修饰DC回输体内，诱导特异性免疫应答。（六）Exosomesfromtumorcells，DC

Dendriticcell(DC)TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2011拉尔夫·斯坦曼（RalphM.Steinman）【已故】1943年出生于加拿大蒙特利尔，在麦吉尔大学学习生物学和化学。之后在美国哈佛医学院学习医学，1968年获得医学博士学位（MD）。于1970年被纽约洛克菲勒大学接纳，从1988年起成为免疫学教授。担任该校免疫学与免疫性疾病中心主任。

发现树突状细胞Dendriticcells,DC是启动适应性免疫应答的关键细胞R.M.SteinmanandZ.A.Cohn.J.Exp.Med.137,1142–1162;1973

抗原提呈

+融合裂解酸提合成提取mRNA抗原肽抗原肽裂解物vectorcDNA转染肿瘤细胞DC-basedvaccine抗原提呈

肿瘤细胞DCProvenge(madebythebiotechnologycompanyDendreonofSeattle,Washington),theonlycellularimmunetherapyagainstcancertobeapprovedbytheUSFoodandDrugAdministration,exploitsdendriticcellsthatrecognizeamoleculeproducedbyprostatetumours.Culturingandreinjectingthecellsbackintothepatientfortifiestheimmuneresponseagainstthetumour.TheclinicaluseofDCvaccine国内树突状细胞疫苗临床研究现状2002年获得SDAI期临床批文2003年第二军医大学免疫学研究所开展I期临床2004年10月获得SFDAII期临床批文，进行APDC治疗转移性大肠癌的II期临床研究国内第一个SFDA批准的树突状细胞疫苗——“抗原致敏的人树突状细胞”（APDC)曹雪涛，等

二、被动免疫治疗给患者输注特异性抗体，以治疗肿瘤。单抗名称治疗靶点适应症抗CD20（Rituximab）抗CD33（Calicheamicin）抗CD52（Alemtuzumab）抗表皮生长因子受体（Herceptin）Cetuximab（Erbitux）Bevacizumab（Avastin）Ibritumomabtiuxetan（Zevalin）Tositumomab（Bexxar）CD20CD33CD52Her-2/neuEGFRVEGF90Y标记抗CD20131I标记抗CD20低分化B淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤急性髓样白血病慢性B细胞白血病乳腺癌晚期结直肠癌转移性结直肠癌非霍奇金淋巴瘤非霍奇金淋巴瘤附：美国FDA批准生产和用于临床肿瘤治疗的单克隆抗体靶向负性免疫调节分子的抗体药物Targetimmunecheckpoint(CTLA-4，PD-1，PD-L1……)CytotoxicT

lymphocyte

associatedantigen4(CTLA)静止状态：CTLA-4存在于T细胞的胞浆中活化状态：表达于细胞表面，阻止CD28与APC表面B7的结合，抑制T细胞的增殖负向共刺激分子TCellActivationbyTCRand

Co-stimulationThroughCD28DendriticcellTcellMHCB7TCRCD28AntigenCTLA4CTLA4ReceptorsAreUp-RegulatedFollowingT-CellActivationDendriticcellTcellMHCB7TCRCD28AntigenCTLA4DendriticcellTcellMHCB7TCRCD28AntigenCTLA4CTLA4NegativelyModulatesT-CellActivationDendriticcellTcellMHCB7TCRCD28AntigenCTLA4BlockingAntibodiestoCTLA4AllowPositiveSignalingfromCostimulatoryMoleculestoTCellsLeachDR,KrummelMF,AllisonJP.EnhancementofantitumorimmunitybyCTLA-4blockade.Science

1996;271:1734-1736.Ipilimumab(Yervoy)CTLA-4:Down-regulatesT-cellactivationIpilimumab(Yervoy):FullyhumanmonoclonalantibodyBlocksCTLA-4receptorPotentiatesTcellactivationKorman,PeggsandAllison:Adv.InImmunol.2006;90:297-339抗CTLA-4抗体Ipilimumab治疗转移性黑色素瘤2011年通过FDA批准TheresultsofPhaseIIIclinicalstudyIpi+pbogp100+pboP-valueSecondaryComparisonN1371360.0026Numberofdeaths100119Hazardratio(95%CI)0.66(0.51,0.87)MedianOS,Month(95%CI)10.1(8.0,13.8)6.4(5.5,8.7)IpilimumabImproves

OverallSurvivalComparedto

ControlWhatmediatesanti-CTLA4-induceddurabletumorregressions?Brown:CD8+TcellsBlue:melanoma2005Durableresponse>5yearsTreatmentwithanti-CTLA4antibodiesThegreatmajorityofresponseslastyearswithoutrelapses:Longestresponder:OngoingsinceMay2001Responserate:~10%Anti-PD-1antibody

Nivolumab(BMS-936558)Safety&activityTopalianSLetal.NEJM2012;366:2443Docetaxelvsnivolumab:phase3Lambrolizumab(MK-3475)Anti-PD-L1antibodyBMS-936559Safety&activityBrahmerJRetal.NEJM2012;366:2455Medi-4736MPDL-3280A抗PD-1,抗PD-L1抗体抗PD-1抗体（BMS-936558）Cumulativeresponserates(alldoses)were18%amongpatientswithnon–small-celllungcancer(14of76patients),28%amongpatientswithmelanoma(26of94patients),and27%amongpatientswithrenal-cellcancer(9of33patients).NEJM2013;369(2):122-33Nivolumab和Ipilimumab联合治疗黑色素瘤(抗PD-1)(抗CTLA-4)Nivolumab和ipilimumab联合治疗黑色素瘤stageIIIorIVmelanoma53例患者同时使用Nivolumab和ipilimumabTheobjective-responserate:40%(accordingtomodifiedWHOcriteria)Evidenceofclinicalactivitywasobservedin65%ofpatients.(conventional,unconfirmed,orimmune-relatedresponseorstablediseasefor≥24weeks)在最大剂量，53%的患者有效，肿瘤减小均在80%以上53%Grade3-4adverseevents优于单药NEJM2013;369(2):122-33Nivolumab和ipilimumab联合治疗黑色素瘤联合治疗组1例病人的CTNEJM2013;369(2):122-332014年11月，在同一期Nature上发表了5篇文章和1篇述评，研究内容都是免疫抑制性分子的单抗(anti-PD-L1,anti-PD-1,anti-CTLA4,anti-CD40)在肿瘤免疫治疗中的作用PD-L1单抗应用于临床NSCLC治疗已取得明显疗效，但是目前缺乏在治疗前预测治疗效果的指标此项研究发现：在NSCLC患者中，MPDL3280A的治疗效果与肿瘤浸润免疫细胞表达的PD-L1有显著相关性，而与肿瘤细胞表达的PD-L1无显著相关性研究中采用的MPDL3280A为一种PD-L1单抗，能够阻断PD-L1和PD-1,CD80的结合，并且此单抗的Fc结构域经过修饰，以避免抗体结合到细胞上之后引起的细胞毒效应

三、免疫导向治疗生物导弹应用毒素、放射性核素、化疗药物与肿瘤相关抗体连接输入体内，使药物集中于瘤内，即增强疗效，又减少对机体的毒副作用。Antibody–drugconjugates

抗体-药物结合物（ADC）

RachelS.Zolot,etal.NatureReviewsDrugDiscovery。2013；12：259-260

四、过继免疫治疗(adoptiveimmunotherapy,AIT)

将经处理的自体或异体的免疫细胞或免疫分子输给患者，以增强患者细胞免疫功能的方法。

(一)IL-2/LAK疗法

(二)其他肿瘤杀伤细胞的过继免疫治疗

1.TIL2.CD3AK3.T细胞

(三)导入细胞因子基因的免疫细胞过继免疫治疗过继免疫细胞治疗过程示意图T细胞过继治疗RichardA.Morganetal.2006Chimericantigenreceptor(CAR)combinesanantigenrecognitiondomainofaspecificantibodywithanintracellulardomainoftheCD3-zetachainorFcγRIproteinintoasinglechimericproteinWhenantigenisencountered,CAR-modi