治疗性肿瘤疫苗的研究进展(1)
文章编号：1009-5519(2007)15-2284-03 中图分类号：R73 文献标识码：A
肿瘤尤其是恶性肿瘤已成为人类的头号杀手，肿瘤治疗方法可谓日新月异。自1891年Willian Coley第一次利用细菌提取物(Coley毒素)激发整体免疫来治疗恶性肿瘤，迄今已有100余年。现在人们对肿瘤的发生、发展及其与机体相互作用机理的认识和治疗肿瘤的各种技术的发展，都发生了翻天覆地的变化。无论是有关机体-肿瘤免疫的基础性研究，还是有关抗肿瘤治疗的临床研究，也无论是体外、体内研究或动物模型研究，肿瘤疫苗研究在今后必将大大丰富人们对肿瘤的认识，并将为人们最终战胜肿瘤提供强有力的理论与技术支持。
1 治疗性肿瘤疫苗及其设计原理
肿瘤细胞能通过多种复杂机制逃避宿主的免疫防御机能：(1)上调Fas配体和下调Fas的表达；(2)MHC-Ⅰ类分子的缺陷；(3)抑制树突状细胞(DC)的成熟分化；(4)下调TAA和共刺激分子的表达；(5)下调CD3ζ链的表达；(6)Ras突变[1]。另外，近年来人们在对肿瘤细胞亚克隆研究时还发现，肿瘤是一种具有高度异质性的群体，因此提出肿瘤干细胞假说以及肿瘤治疗后的“肿瘤休眠”假说。认为肿瘤干细胞是肿瘤群体中最原始的细胞，是肿瘤增殖、进展及复发的根源。因其不表达或极低表达肿瘤分化抗原，所以不能被机体免疫细胞有效地识别和杀伤而导致肿瘤逃逸[2]。“肿瘤休眠”细胞是一类具有肿瘤干细胞特征而在肿瘤手术、放化疗后一定时期内处于相对静止状态的细胞，因此也不易被机体免疫效应细胞识别和清除而成为肿瘤治疗后复发的又一根源[3]。尽管肿瘤细胞能逃避各种免疫监视，但毕竟不同于其正常来源的组织细胞，或多或少地会表达一些能被机体免疫细胞识别的抗原分子，藉此诱导不同程度的免疫应答。基于对这一机理的认识，人们设想或许可以通过肿瘤(抗原)疫苗来提高免疫系统对肿瘤的识别和排斥，如今大量的研究业已证实肿瘤疫苗的应用是可行的、安全的，并从理论上提出了各种方案制备不同疫苗来激发宿主的抗肿瘤免疫。这种疫苗是以肿瘤相关抗原为基础。由于肿瘤疫苗在有限的瘤负荷下更有效，所以以肿瘤相关抗原为基础的肿瘤疫苗主要应用于肿瘤切除术或化疗后患者的辅助治疗。对于无法进行手术切除或化疗无效的进展期肿瘤，应用肿瘤疫苗也可以诱发机体产生免疫应答，起到延缓疾病进展的作用。
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治疗性肿瘤疫苗可通过主动免疫方式诱导全身性的特异性抗瘤效应，与手术治疗、放射治疗相比，作用范围更广泛,特别适用于多发病灶性肿瘤、广泛转移性瘤或非实体性肿瘤(如白血病)；可调动机体自身的力量达到抗肿瘤作用，与放射治疗、化学药物治疗相比不良反应小、特异性高[4]。尽管各种治疗性肿瘤疫苗的设计思想各不相同，诱导免疫应答的方式不同,抗瘤效应各有特点，但不论采用何种方法制备，都是围绕如何提高肿瘤抗原的免疫原性以及如何打破肿瘤免疫耐受这一最关键的核心问题展开的[5]。一种理想的肿瘤疫苗不但能够诱导主动性免疫，刺激荷瘤宿主产生有效的免疫应答，同时还应当是安全的和无不良反应的；不仅能特异性地消除扩散的肿瘤细胞，而且更为重要的是，还能提供保护性的预防肿瘤复发的长期免疫记忆功能[6]。
2 治疗性肿瘤疫苗的分类与应用
2.1 以肿瘤细胞为基础的疫苗：以肿瘤细胞为基础的疫苗是第一代疫苗，是将完整肿瘤细胞或肿瘤细胞裂解物作为免疫原制备而成。肿瘤细胞的来源可以为自体或同种异体的肿瘤细胞。自体肿瘤细胞最早应用于临床，但由于自体肿瘤细胞获取困难,特别是肿瘤患者一旦失去手术机会，就无法获取自体肿瘤细胞。同种异体肿瘤细胞系因具有制备简单，并可在体外传代培养等特点，逐渐替代自体肿瘤细胞制备疫苗，目前已有多个肿瘤细胞系应用于临床。Vaishampayan等[7]使用两个同种异体黑色素瘤细胞系，以细胞裂解物为疫苗,辅以免疫佐剂单磷酰脂质A(MPL)卵磷脂。试验结果显示，在完成试验的39例患者中，总的应答率是10.2%，64%患者的病情稳定期在16周以上，疾病进展前的中位时间是8个(6～13)月，患者疾病缓解期明显延长。不良反应轻微，主要有注射部位疼痛、肉芽肿形成(与免疫佐剂有关)及发热等。
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因肿瘤细胞可通过MHC分子、共刺激分子及TAA(肿瘤相关抗原)的表达下调机制来逃避免疫系统的监视，根据此原理制备了经基因修饰的肿瘤细胞，即将编码相关分子的基因转导入肿瘤细胞，使肿瘤细胞表达相应的分子，以便T细胞能够识别肿瘤细胞，提高疫苗的疗效。另外，也可将某些编码免疫刺激性细胞因子的基因导入肿瘤细胞，使肿瘤局部细胞因子的浓度明显增加，加强APC的提呈能力及T细胞活性，提高疫苗的疗效。目前常用的细胞因子有粒-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、白细胞介素-12(IL-12)等[8]。
2.2 以肿瘤相关抗原为基础的疫苗：随着越来越多的肿瘤抗原的鉴定，以TAA为基础的疫苗得以广泛应用。根据TAA的来源及种类，尚可将以TAA为基础的疫苗作以下分类：
2.2.1 肽或蛋白质疫苗：应用肽或蛋白质疫苗的目的是在体内将相应的肽装配到APC的MHC分子上，继之活化初始T细胞，诱导细胞毒性T细胞(CTL)的抗肿瘤效应[9]。目前使用的肽包括gp100、恶性黑色素瘤抗原编码基因(MAGE)肽(主要用于黑色素瘤)[10]、表皮生长因子受体2(HER2，主要用于大肠癌)等。
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2.2.2 抗独特型疫苗：抗独特型疫苗是基于免疫网络学说的一种疫苗。Durrant[11]等使用模拟CD55的抗独特型疫苗，可使T细胞增殖,释放γ-干扰素，有效地刺激辅助T细胞和CTL应答，产生抗肿瘤效应。
2.2.3 碳水化合物疫苗：碳水化合物疫苗是指使用碳水化合物(如神经节苷脂)作为TAA的疫苗[12]。此种疫苗的安全性和耐受性良好，主要的不良反应是局部红斑、硬结及低至中等度发热。
2.2.4 重组病毒疫苗：重组病毒疫苗是以病毒为载体，将编码肿瘤抗原的基因导入病毒,借以表达肿瘤抗原的疫苗。这种疫苗既可以表达肿瘤抗原，也可以表达病毒抗原，而病毒抗原又具有增强肿瘤抗原免疫原性的作用,从而对肿瘤抗原起放大作用。目前使用的TAA包括CEA、T细胞识别的黑色素瘤抗原1等[13，14]。
2.2.5 DNA疫苗：DNA疫苗指将编码TAA的质粒DNA直接接种于人体的疫苗，又称裸DNA疫苗。这种疫苗通过直接肌肉注射或应用基因枪等途径接种，使之进入受体细胞核，持续表达TAA。此途径表达的肿瘤抗原可以通过内源和外源性途径提呈，所以可以产生抗原特异性细胞免疫应答和体液免疫应答,抑制肿瘤细胞的生长，使肿瘤体积缩小[15，16]。
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2.3 以树突状细胞为基础的疫苗：树突状细胞疫苗是目前研究最热门的一种治疗性肿瘤疫苗。肿瘤抗原必须经过APC提呈才能激活初始T 细胞，产生免疫应答，树突状细胞(DC)作为高效的专职性APC，在肿瘤免疫治疗中发挥重要作用[17]。肿瘤抗原主要通过两种方式致敏DC：(1)为脉冲致敏的方法：脉冲致敏是将肿瘤抗原直接刺激DC，活化DC后激活初始T细胞产生抗肿瘤免疫应答。肿瘤抗原的来源可以是特异性较差的完整肿瘤细胞(坏死肿瘤细胞、凋亡体、与DC融合形成DC瘤细胞嵌合体等)、肿瘤细胞裂解产物、肿瘤细胞酸洗脱肽，也可以是特异性强的合成肽、蛋白质等[18]。(2)为基因转导的方法：基因转导是将编码肿瘤抗原的基因导入DC，在DC中表达肿瘤抗原，经DC提呈后活化初始T细胞。TAA基因以RNA或DNA的形式转入DC。转导方式包括使用质粒、各种病毒和细菌载体、包含遗传物质的提取物(如总RNA)等。病毒载体的转导率较高，质粒和裸RNA转导率较低。若同时将免疫刺激性细胞因子基因(如GM-CSF、肿瘤坏死因子、IL-2)转入DC，可以提高免疫应答效果[19]。
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肿瘤尤其是恶性肿瘤已成为人类的头号杀手，肿瘤治疗方法可谓日新月异。自1891年Willian Coley第一次利用细菌提取物(Coley毒素)激发整体免疫来治疗恶性肿瘤，迄今已有100余年。现在人们对肿瘤的发生、发展及其与机体相互作用机理的认识和治疗肿瘤的各种技术的发展，都发生了翻天覆地的变化。无论是有关机体-肿瘤免疫的基础性研究，还是有关抗肿瘤治疗的临床研究，也无论是体外、体内研究或动物模型研究，肿瘤疫苗研究在今后必将大大丰富人们对肿瘤的认识，并将为人们最终战胜肿瘤提供强有力的理论与技术支持。
1 治疗性肿瘤疫苗及其设计原理
肿瘤细胞能通过多种复杂机制逃避宿主的免疫防御机能：(1)上调Fas配体和下调Fas的表达；(2)MHC-Ⅰ类分子的缺陷；(3)抑制树突状细胞(DC)的成熟分化；(4)下调TAA和共刺激分子的表达；(5)下调CD3ζ链的表达；(6)Ras突变[1]。另外，近年来人们在对肿瘤细胞亚克隆研究时还发现，肿瘤是一种具有高度异质性的群体，因此提出肿瘤干细胞假说以及肿瘤治疗后的“肿瘤休眠”假说。认为肿瘤干细胞是肿瘤群体中最原始的细胞，是肿瘤增殖、进展及复发的根源。因其不表达或极低表达肿瘤分化抗原，所以不能被机体免疫细胞有效地识别和杀伤而导致肿瘤逃逸[2]。“肿瘤休眠”细胞是一类具有肿瘤干细胞特征而在肿瘤手术、放化疗后一定时期内处于相对静止状态的细胞，因此也不易被机体免疫效应细胞识别和清除而成为肿瘤治疗后复发的又一根源[3]。尽管肿瘤细胞能逃避各种免疫监视，但毕竟不同于其正常来源的组织细胞，或多或少地会表达一些能被机体免疫细胞识别的抗原分子，藉此诱导不同程度的免疫应答。基于对这一机理的认识，人们设想或许可以通过肿瘤(抗原)疫苗来提高免疫系统对肿瘤的识别和排斥，如今大量的研究业已证实肿瘤疫苗的应用是可行的、安全的，并从理论上提出了各种方案制备不同疫苗来激发宿主的抗肿瘤免疫。这种疫苗是以肿瘤相关抗原为基础。由于肿瘤疫苗在有限的瘤负荷下更有效，所以以肿瘤相关抗原为基础的肿瘤疫苗主要应用于肿瘤切除术或化疗后患者的辅助治疗。对于无法进行手术切除或化疗无效的进展期肿瘤，应用肿瘤疫苗也可以诱发机体产生免疫应答，起到延缓疾病进展的作用。
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治疗性肿瘤疫苗可通过主动免疫方式诱导全身性的特异性抗瘤效应，与手术治疗、放射治疗相比，作用范围更广泛,特别适用于多发病灶性肿瘤、广泛转移性瘤或非实体性肿瘤(如白血病)；可调动机体自身的力量达到抗肿瘤作用，与放射治疗、化学药物治疗相比不良反应小、特异性高[4]。尽管各种治疗性肿瘤疫苗的设计思想各不相同，诱导免疫应答的方式不同,抗瘤效应各有特点，但不论采用何种方法制备，都是围绕如何提高肿瘤抗原的免疫原性以及如何打破肿瘤免疫耐受这一最关键的核心问题展开的[5]。一种理想的肿瘤疫苗不但能够诱导主动性免疫，刺激荷瘤宿主产生有效的免疫应答，同时还应当是安全的和无不良反应的；不仅能特异性地消除扩散的肿瘤细胞，而且更为重要的是，还能提供保护性的预防肿瘤复发的长期免疫记忆功能[6]。
2 治疗性肿瘤疫苗的分类与应用
2.1 以肿瘤细胞为基础的疫苗：以肿瘤细胞为基础的疫苗是第一代疫苗，是将完整肿瘤细胞或肿瘤细胞裂解物作为免疫原制备而成。肿瘤细胞的来源可以为自体或同种异体的肿瘤细胞。自体肿瘤细胞最早应用于临床，但由于自体肿瘤细胞获取困难,特别是肿瘤患者一旦失去手术机会，就无法获取自体肿瘤细胞。同种异体肿瘤细胞系因具有制备简单，并可在体外传代培养等特点，逐渐替代自体肿瘤细胞制备疫苗，目前已有多个肿瘤细胞系应用于临床。Vaishampayan等[7]使用两个同种异体黑色素瘤细胞系，以细胞裂解物为疫苗,辅以免疫佐剂单磷酰脂质A(MPL)卵磷脂。试验结果显示，在完成试验的39例患者中，总的应答率是10.2%，64%患者的病情稳定期在16周以上，疾病进展前的中位时间是8个(6～13)月，患者疾病缓解期明显延长。不良反应轻微，主要有注射部位疼痛、肉芽肿形成(与免疫佐剂有关)及发热等。
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因肿瘤细胞可通过MHC分子、共刺激分子及TAA(肿瘤相关抗原)的表达下调机制来逃避免疫系统的监视，根据此原理制备了经基因修饰的肿瘤细胞，即将编码相关分子的基因转导入肿瘤细胞，使肿瘤细胞表达相应的分子，以便T细胞能够识别肿瘤细胞，提高疫苗的疗效。另外，也可将某些编码免疫刺激性细胞因子的基因导入肿瘤细胞，使肿瘤局部细胞因子的浓度明显增加，加强APC的提呈能力及T细胞活性，提高疫苗的疗效。目前常用的细胞因子有粒-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、白细胞介素-12(IL-12)等[8]。
2.2 以肿瘤相关抗原为基础的疫苗：随着越来越多的肿瘤抗原的鉴定，以TAA为基础的疫苗得以广泛应用。根据TAA的来源及种类，尚可将以TAA为基础的疫苗作以下分类：
2.2.1 肽或蛋白质疫苗：应用肽或蛋白质疫苗的目的是在体内将相应的肽装配到APC的MHC分子上，继之活化初始T细胞，诱导细胞毒性T细胞(CTL)的抗肿瘤效应[9]。目前使用的肽包括gp100、恶性黑色素瘤抗原编码基因(MAGE)肽(主要用于黑色素瘤)[10]、表皮生长因子受体2(HER2，主要用于大肠癌)等。
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2.2.2 抗独特型疫苗：抗独特型疫苗是基于免疫网络学说的一种疫苗。Durrant[11]等使用模拟CD55的抗独特型疫苗，可使T细胞增殖,释放γ-干扰素，有效地刺激辅助T细胞和CTL应答，产生抗肿瘤效应。
2.2.3 碳水化合物疫苗：碳水化合物疫苗是指使用碳水化合物(如神经节苷脂)作为TAA的疫苗[12]。此种疫苗的安全性和耐受性良好，主要的不良反应是局部红斑、硬结及低至中等度发热。
2.2.4 重组病毒疫苗：重组病毒疫苗是以病毒为载体，将编码肿瘤抗原的基因导入病毒,借以表达肿瘤抗原的疫苗。这种疫苗既可以表达肿瘤抗原，也可以表达病毒抗原，而病毒抗原又具有增强肿瘤抗原免疫原性的作用,从而对肿瘤抗原起放大作用。目前使用的TAA包括CEA、T细胞识别的黑色素瘤抗原1等[13，14]。
2.2.5 DNA疫苗：DNA疫苗指将编码TAA的质粒DNA直接接种于人体的疫苗，又称裸DNA疫苗。这种疫苗通过直接肌肉注射或应用基因枪等途径接种，使之进入受体细胞核，持续表达TAA。此途径表达的肿瘤抗原可以通过内源和外源性途径提呈，所以可以产生抗原特异性细胞免疫应答和体液免疫应答,抑制肿瘤细胞的生长，使肿瘤体积缩小[15，16]。
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2.3 以树突状细胞为基础的疫苗：树突状细胞疫苗是目前研究最热门的一种治疗性肿瘤疫苗。肿瘤抗原必须经过APC提呈才能激活初始T 细胞，产生免疫应答，树突状细胞(DC)作为高效的专职性APC，在肿瘤免疫治疗中发挥重要作用[17]。肿瘤抗原主要通过两种方式致敏DC：(1)为脉冲致敏的方法：脉冲致敏是将肿瘤抗原直接刺激DC，活化DC后激活初始T细胞产生抗肿瘤免疫应答。肿瘤抗原的来源可以是特异性较差的完整肿瘤细胞(坏死肿瘤细胞、凋亡体、与DC融合形成DC瘤细胞嵌合体等)、肿瘤细胞裂解产物、肿瘤细胞酸洗脱肽，也可以是特异性强的合成肽、蛋白质等[18]。(2)为基因转导的方法：基因转导是将编码肿瘤抗原的基因导入DC，在DC中表达肿瘤抗原，经DC提呈后活化初始T细胞。TAA基因以RNA或DNA的形式转入DC。转导方式包括使用质粒、各种病毒和细菌载体、包含遗传物质的提取物(如总RNA)等。病毒载体的转导率较高，质粒和裸RNA转导率较低。若同时将免疫刺激性细胞因子基因(如GM-CSF、肿瘤坏死因子、IL-2)转入DC，可以提高免疫应答效果[19]。
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