肿瘤免疫和免疫治疗

于益芝 刘秋燕 曹雪涛

第二军医大学免疫学研究所医学免疫学国家重点实验室

Tumor Immunity

Tumor Antigen

Tumor Immunotherapy

一、肿瘤抗原

寻找和发现新型肿瘤抗原的技术得到了快速发展

越来越多的肿瘤抗原在肿瘤的诊治中得到了应用

寻找和发现新型肿瘤抗原的技术

1. Autologous Typing ：

基本原理：患者血清通过补体介导杀伤肿瘤细胞

最早采用的方法（ PNAS ， 1978 ）

效率低，仅发现了数种肿瘤抗原

2. 生化技术：洗脱纯化

（ HPLC ）

MHC I 结合肽 自体 CTL 克隆

致敏肿瘤细胞

杀伤

得益于蛋白纯化技术的发展（ Nature ， 1990 ）

必须建 CTL 克隆，仅发现了数种肿瘤抗原

3. 以 T 细胞为基础的肿瘤抗原鉴定技术

得益于基因文库技术的发展（ Science ， 1991 ）

需构建 CTL 克隆和肿瘤细胞株

4. 重组 cDNA 文库的血清学分析技术（ SEREX ）

cDNA 噬菌体表达文库

受体菌 转膜

患者血清

二抗

阳性克隆

建库 筛库 测序和分析

SEREX 的特点（ PNAS ， 1995 ）

克服了必须构建 T 细胞克隆的难题

高效，迄今已经通过此方法发现了 2000 多种肿瘤抗原

4. 噬菌体库展示技术（ Int J Mol Med,2000)

5. 差异表达基因筛选技术（ Science ， 1995 ）

6. 蛋白质组学相关技术（ 2004 ）

部分重要的肿瘤抗原及其产生机制产生机制 肿瘤抗原 肿瘤

致癌病毒产物 人乳头瘤病毒 E6 和 E7 蛋白 宫颈癌

EB 病毒核抗原 1 （ EBNA-1 ）蛋白 EBV 相关淋巴瘤、鼻咽癌

猿猴空泡病毒 40(SV40) T 抗原 SV40 诱导的啮齿类动物肿瘤

基因突变或（抑）癌基因产物

突变的 P53 蛋白 约 50% 人类肿瘤

突变的 Ras 蛋白 约 10% 人类肿瘤

过表达的 Her-2/neu 乳腺癌等

糖基化蛋白 神经节苷脂 GM2 和 GD2 黑色素瘤

正常组织中的隐蔽抗原 黑色素瘤抗原 (MAGE)-1 、 MAGE-3  等 黑色素瘤等

色素分化抗原 Gp100  、 MART  黑色素瘤

胚胎抗原 癌胚抗原 (CEA) 结肠癌等多种肿瘤

甲胎蛋白（ AFP ） 肝癌

分化抗原 CD10 、 CD20 B 淋巴瘤

前列腺特异抗原 (PSA) 前列腺癌

二、肿瘤免疫和免疫逃逸机制

免疫平衡状态

正相调控

负相调控

肿瘤局部微环境内的抑制性细胞亚群

调节性 T 细胞（ regulatory T cells, Treg ）

髓系来源的抑制性细胞 (myeloid-derived suppressor cells, MDSCs ）

肿瘤相关巨噬细胞（ tumor-associated macrophages, TAM ）

调节性 NK 细胞（ regulatory NK cells ） 调节性树突状细胞（ regulatory DC ）

1.肿瘤调节性 T 细胞tumor regulatory T cells,Treg

1975 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 ）

（ 1 ） Treg 在肿瘤免疫中的作用研究历史

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（ J Exp Med. 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（ J Immunol, 1990,145,2359-64 ）

1999 年动物实验发现去除 Treg 能增强抗肿瘤免疫（ J Immunol. 1999;163:5211-8 ）

2001 年发现患者肿瘤局部 Treg 数量增多（ Cancer Res. 2001 ;61:4766-72 ）

2003 年动物实验证明 Treg 在肿瘤局部占优势会促进肿瘤的生长（ Proc Natl Acad Sci U S A. 2003;100(19):10902-6 ）

2004 年证明人类肿瘤局部 Treg 数量与肿瘤的进展和预后相关

（ Nat Med. 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（ J Exp Med ，2004 ， 200 ： 771-82 ）

2004 年证明人类肿瘤局部 Treg 通过细胞间的直接接触对效应 T 细胞的抑制作用（ Immunity. 2004 ;20:107-18 ）

Treg 对 NK 细胞的抑制Treg 对 NKT 细胞的抑制

2005 年证明 Treg 对肿瘤免疫的抑制作用发生在肿瘤局部且逆转这种抑制作用即使对于晚期肿瘤也具有治疗作用（ J Exp Med ， 2005 ， 201 ：779-91 ）

2005 年提出并证明存在肿瘤特异性 Treg（ J Immunol. 2005 ;175:5058-66 ， Blood ， 2005 ， 106 ： 1008-11 ）

2005 年报道了靶向清除 Treg 临床应用项目（ J Clin Invest ， 2005 ： 115 ： 3623-33 ）

2006 年后 Treg 在肿瘤免疫和免疫治疗中的作用及其机制得到了深入研究（ Nat Rev Immunol ， 2006 ， 6 ： 295-307 ， J Immunol. 2007 ;178:2155-62 ）

2007-2008 年针对 Treg 的肿瘤治疗思路的改变（ Nat Rev Cancer ， 2007 ： 880-7 ， J Exp Med ， 2008 ， 205 ： 825-39 ）

2009 年 Treg 的作用得到进一步确认

Liu Z, Kim JH, Falo LD Jr, You Z. Tumor regulatory T cells potently abrogate antitumor immunity.J Immunol. 2009 May 15;182(10):6160-7

Beyer M, Schultze JL. Curr Pharm Des. Regulatory T cells: major players in the tumor microenvironment. 2009;15(16):1879-92

（ 2 ）肿瘤 Treg 的产生机制

一种肿瘤诱导的 CD4+CD69+CD25- 调节性 T 细胞发现和功能研究

肿瘤诱导 CD4+CD69+CD25- 调节性 T 细胞产生

CD4+CD69+CD25- T 细胞抑制 CD4 T 细胞反应

J Immunol, 2009

（ 3 ）肿瘤 Treg 抑制作用的机制

（ 4 ）针对肿瘤 Treg 的免疫治疗

depleting

managing

非特异性 Treg 的清除（ CD25 mAb 、 IL-2+ 白喉毒素、 foxp3 mRNA 转染 DC 等）

特异性 Treg的清除

提高效应 T 细胞抗 Treg 的抑制作用的能力（ A20-silenced DCs ）

阻断 Treg 的趋化和聚集

抑制 Treg 的功能（针对 STAT3 、 IL-10 等）

抑制 Treg 的分化 控制 Treg 的分化方向

控制 Treg 的功能联合生物治疗

Rech AJ, Vonderheide RH.Clinical use of anti-CD25 antibody daclizumab to enhance immune responses to tumor antigen vaccination by targeting regulatory T cells. Ann N Y Acad Sci. 2009 Sep;1174:99-106

2. 肿瘤相关巨噬细胞（ tumor-associated macrophages, TAM ）

巨噬细胞

M 是体内功能最为活跃的细胞之一 表达数十种受体 产生数十种酶 分泌近百种生物活性产物

巨噬细胞的特点

巨噬细胞的来源

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

与巨噬细胞功能相关的表面标志

MHC II 类分子 FcR 与 CR

趋化因子受体 其他受体：如 GM-CSF 、 M-

CSF 等的受体

巨噬细胞的分泌产物

种类 实例

补体 C1 ～ C9 ， B 、 D 、 I 、 H 因子，C1 抑制物

凝血因子 V 、 VⅡ、Ⅰ X 、 X 因子，凝血酶原

酶类 各种中性蛋白酶，酸性水解酶，溶菌酶

生物活性酯类 花生四烯酸衍生物（前列腺素、白三烯等）

激素样物质 促肾上腺皮质激素， β 内啡肽 细胞因子 IL-1 、 IL-3 、 IL-6 ， TFN-a,IFN-a,

－ β 、 FGF

反应性中间产物 活性氧、亚硝酸盐 其他 多种生长因子及刺激因子，嘌呤及

嘧喧产物， 各种结合蛋白、连接蛋白及酶抑制物、 VitD3 等

rested M responsive M stimulated M activated M

病原体

signal

LFA-1

MHC-II细胞增生趋化，杀菌

提呈 Ag ，激活 LC ，

First signal:MAF/IFN-,MSF

second signal:LPS/IFN-,MSF,CK,

1 2

The process of M activation

3

Biologic effects

Biologic effects of M

rested M responsive M stimulated M activated M

suppressor M

病原体

signal

LFA-1

MHC-II细胞增生趋化，杀菌

提呈 Ag ，激活 LC ，

过度活化

适度活化

PGE

抑制免疫功能

杀瘤，杀菌

First signal:MAF/IFN-,MSF

second signal:LPS/IFN-,MSF,CK,

1 2

3The process of M activation

激活的巨噬细胞通过产生 TNF 及 IL-1 等效应因子直接或间接杀伤肿瘤细胞

TAM通过产生肿瘤血管生长因子（ tumor angiogenesis factor, TAF ）等机制促肿瘤生长和转移

《国外医学：免疫学分册》 . 1990 年第 13

卷第 2 期： 60-65

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

Paola Allavena ， Antonio Sica ， Cecilia Garlanda ， Alberto Mantovani.The Yin-Yang of tumor-associatedmacrophages in neoplastic progression and immune surveillance。 Immunological Reviews 2008. 222: 155–161

（ 1 ） TAM 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

（ 2 ） TAM 的功能特点

TAM 的功能作用具有时相性和组织特异性：在不同肿瘤组织、同种肿瘤的不同部位以及在同一肿瘤的不同发展阶段其功能亦有所不同。

肿瘤组织内肿瘤间质肿瘤坏死缺

氧区域

正向

负向

（ 3 ） TAM 的促瘤效应及相关机制

三羧氨基喹啉

氯膦酸盐

小分子非肽类特异性 CXCR4拮抗剂

（ 4 ）针对 TAM设计肿瘤治疗的策略和思路

3. 髓系来源的抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)

小鼠 GR1+CD11b+DMSCs

人 CD14-CD11b+

COX2 （ PTGS2 ）、 PGE 、 SCF 、M-CSF 、 IL-6 、 GM-CSF 、 VE

GF

扩增、募集

活化

IFN-γ 、 IL-4 、 IL-13 、 TGF-β

MDSC 的扩增、募集和活化

Fas信号通过 PGE2募集 MDSC促进肺癌生长

Fas signal in lung cancer

PGE2

MDSC recruitment

promotes lung cancer growth

Treg

J Immunol. 2009;182:3801-3808

MDSCs促肿瘤效应

穿孔素

靶向 MDSCs 的肿瘤免疫治疗之一：促进MDSC 的分化成熟

全反式维甲酸（ ATRA ）、维生素 D3

靶向 MDSCs 的肿瘤免疫治疗之二：抑制MDSCs 的扩增

扩增、募集

COX2 （ PTGS2 ）、 PGE 、 SCF 、M-CSF 、 IL-6 、 GM-CSF 、 VE

GF

VEGF 特异性阻断性抗体如 avastatin

靶向 MDSCs 的肿瘤免疫治疗之三：阻断MDSCs 的功能

COX2 抑制剂、磷酸二酯酶 5 抑制剂，如 sildenafil ，能够下调 MDSCs 的 ARG1 和 iNOS 的表达

靶向 MDSCs 的肿瘤免疫治疗之四：剔除MDSCs

某些化疗药物能够直接剔除 MDSCs ，如gemcitabine

肿瘤局部微环境内的免疫抑制性因子

IL-10 、 IL-6 、 IL-4 、 IL-13 、 IL-1β 、TGF-β 、 GM-CSF 、 VEGF 、 SCF 、 M-CSF

趋化因子如 CCL2 、 CCL5 、 CCL12 、CCL19 、 CCL20 、 CCL21 等

PGE2 、 iNOS 、 IDO 及精氨酸酶

CTLA-4

CTLA-4 ）

热休克蛋白（ HSP ）

γδT

肿瘤细胞产生的 HSP 能通过诱导肿瘤细胞产生趋化因子并活化树突状细胞而启动抗肿瘤免疫

tumor

Heat stress

HSPs release

autocrine

chemokine

DC

DC infiltration

paracrine

DC maturation and induction of antitumor

immunity

J Immunol. 2009, 182(3):1449-1459

发现新的肿瘤抗原具有重要价值

负向免疫调节机制在肿瘤的发生发展过程中发挥着极为重要的作用

肿瘤免疫疗法必需考虑其对负向免疫的诱导作用

对肿瘤免疫治疗的效果应予客观评价

小 结

谢 谢！