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    靶向腫瘤干細(xì)胞的免疫療法

    2018-02-12 13:12:30倫,白
    關(guān)鍵詞:抗原活化靶向

    江 倫,白 麗

    (大理大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 云南省昆蟲生物醫(yī)藥研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 云南 大理 671000)

    腫瘤干細(xì)胞(tumor stem cells,TSCs) 又叫癌干細(xì)胞(cancer stem cells,CSCs)和癌起始細(xì)胞(cancer initiating cells,CICs)等,是血液腫瘤和實(shí)體瘤中分離的一小群特殊細(xì)胞,具有高致癌作用,能長(zhǎng)期自我更新,有分化成多種細(xì)胞譜系的能力,廣泛參與腫瘤的發(fā)生﹑發(fā)展﹑轉(zhuǎn)移﹑復(fù)發(fā)和耐藥等過(guò)程[1]。一個(gè)TSCs通過(guò)非對(duì)稱分裂形成兩個(gè)細(xì)胞,一個(gè)細(xì)胞保持母代干細(xì)胞的能力,另一個(gè)細(xì)胞則定向分化形成非腫瘤干細(xì)胞(non-stem cancer cells,NSCCs),成為腫瘤塊或者補(bǔ)充死亡的腫瘤細(xì)胞[1- 2],故認(rèn)為TSCs是腫瘤的起始細(xì)胞或者種子細(xì)胞并且能維持腫瘤生存。因此,治愈腫瘤關(guān)鍵可能在于根除TSCs??寺∵M(jìn)化模型理論[3]認(rèn)為,腫瘤的發(fā)生是由于基因連續(xù)突變積累的結(jié)果。基于此理論衍生出來(lái)的化療、放療以及手術(shù)療法可能存在先天缺陷,雖能殺死大部分腫瘤細(xì)胞,但對(duì)TSCs無(wú)反應(yīng),殘余的TSCs使腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。因此,眾多學(xué)者認(rèn)為利用人體免疫反應(yīng)根除TSCs的免疫治療有廣闊的前景。

    1 靶向抗原的療法

    TSCs和腫瘤微環(huán)境存在很多關(guān)鍵分子,靶向抗原治療的關(guān)鍵分子主要包括TSCs腫瘤表面抗原﹑TSCs傳導(dǎo)信號(hào)通路檢查點(diǎn)和形成腫瘤微環(huán)境的關(guān)鍵點(diǎn)。特異性地針對(duì)這些標(biāo)志物的免疫細(xì)胞或者細(xì)胞因子,能直接或間接殺傷TSCs。

    1.1 靶向TSCs表面抗原

    TSCs抗原是指只表達(dá)或高表達(dá)于TSCs表面的新抗原。CD44受體是位于TSCs表面的特異性腫瘤抗原,所有CD44受體或者亞型的配體都是透明質(zhì)酸(hyaluronan,HA)。HA與CD44受體結(jié)合產(chǎn)生的相互作用包括:1)激活/調(diào)節(jié)膜上信號(hào)域,如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1型受體(transforming growth factor β1 receptor,GFβR1)和酪氨酸酶受體(ErbB2和EGFR),刺激細(xì)胞增殖。2)介導(dǎo)非受體激酶,如Src家族或Ras家族的三磷酸鳥苷酶,通過(guò)中介最終激活蛋白激酶途徑MAPK和PI3激酶,這些通路與細(xì)胞增殖、存活﹑遷移﹑入侵和抗藥有密切關(guān)系。3)刺激轉(zhuǎn)運(yùn)代謝蛋白,使TSCs產(chǎn)生抗藥性。4)誘導(dǎo)細(xì)胞骨架改變,從而促進(jìn)細(xì)胞移動(dòng)和侵襲[4]??傊珻D44受體特異性抗原在TSCs中扮演重要角色。利用單克隆抗體MEN- 85結(jié)合CD44的透明質(zhì)酸鹽結(jié)合域(hyaluronate-binding domain, HABD)的C端引起構(gòu)象重排,將信號(hào)傳入HA結(jié)合槽,導(dǎo)致CD44受體從TSCs表面脫落,從而阻斷HA-CD44的信號(hào)通路[5]。在此機(jī)制上,發(fā)現(xiàn)體外靶向CD44受體抗原治療人胰腺癌的TSCs[6],能殺死TSCs和腫瘤細(xì)胞。此類特異性抗原可表達(dá)于多種TSCs的表面。一個(gè)TSCs也可以表達(dá)多種特異性抗原。如CD44受體還可以表達(dá)于肺癌以及乳腺癌的TSCs[4],乳腺癌的TSCs不僅表達(dá)CD44受體還表達(dá)ALDH分子[3]。目前,TSCs上發(fā)現(xiàn)不少特異性抗原,但此類抗原并不在所有類型腫瘤的TSCs表面都表達(dá)。將來(lái)的研究方向可能是找到高效通用的特異性抗原或者靶向多種特異性抗原的多效價(jià)抗體來(lái)治療所有類型的腫瘤。

    1.2 靶向信號(hào)通路抗原-檢查點(diǎn)

    信號(hào)通路在TSCs的生存﹑更新和轉(zhuǎn)移中扮演重要角色,各條信號(hào)通路上均有關(guān)鍵蛋白被視為檢查點(diǎn)。能增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá),提高腫瘤瘤塊形成和TSCs發(fā)展腫瘤的能力,增加TSCs表面特異性抗原的表達(dá),抑制細(xì)胞凋亡等。Notch信號(hào)通路在腫瘤微環(huán)境中異?;钴S,運(yùn)用抑制劑靶向阻斷檢查點(diǎn)的信號(hào)傳遞,能減少TSCs細(xì)胞數(shù)量和抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展[7]。Wnt信號(hào)通路主要在干細(xì)胞以及分化過(guò)程中發(fā)揮作用,阻滯Wnt信號(hào)能降低TSCs表面分子CD44和乙醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase,ALDH)表達(dá)和抑制腫瘤自我更新和轉(zhuǎn)移。刺猬信號(hào)通路(Hh)可維持TSCs生存;TGF-β信號(hào)通路抑制適應(yīng)性免疫反應(yīng)和促進(jìn)TSCs自我更新和抑制分化。可將檢查點(diǎn)視為抗原,利用特異性單克隆抗體靶向阻滯檢查點(diǎn)或靶向阻滯多條信號(hào)通路的各個(gè)檢查點(diǎn),比如Notch途徑中成束蛋白和Wnt途徑中的β連環(huán)蛋白聯(lián)合阻滯,可能比藥物單獨(dú)阻滯精準(zhǔn)高效。

    1.3 靶向腫瘤微環(huán)境中的抗原

    腫瘤微環(huán)境成分與TSCs有復(fù)雜的相互作用,前者包括間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSCs)﹑腫瘤相關(guān)的巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages,TAMs)﹑調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)﹑癌相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs)﹑細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子網(wǎng)絡(luò)等。這些成分在支持和保持TSCs生存發(fā)揮重要作用。例如Treg細(xì)胞抑制免疫應(yīng)答,CAFs能合成肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(hepatocyte growth factor,HGF)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等多種多樣的生物因子,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和浸潤(rùn),特別是微環(huán)境內(nèi)的腫瘤細(xì)胞也能分泌的因子,能刺激TSCs自我更新,誘導(dǎo)血管生存,并招募免疫細(xì)胞和其他基質(zhì)細(xì)胞分泌額外的因子促進(jìn)腫瘤侵襲和遷移[8]。針對(duì)這些成分,運(yùn)用單克隆抗體靶向清除,打破TSCs腫瘤微環(huán)境的穩(wěn)態(tài),導(dǎo)致TSCs凋亡,可能是一個(gè)研究方向。

    2 DC疫苗靶向TSCs中的應(yīng)用

    樹突狀細(xì)胞疫苗已成為癌疫苗治療TSCs的熱點(diǎn)。樹突狀細(xì)胞(dendritic cells,DCs)是已知的最強(qiáng)大的抗原呈遞細(xì)胞,未成熟的DCs細(xì)胞刺激T細(xì)胞能力弱,接觸抗原后變成成熟的DCs,成熟的DCs能高效刺激T細(xì)胞產(chǎn)生免疫應(yīng)答。在腫瘤TSCs的微環(huán)境中,成熟的DCs少,抗原呈遞能力弱,將大量成熟DCs與TSCs溶解物制成疫苗用于治療小鼠惡性黑色素瘤的實(shí)驗(yàn)中,證實(shí)大量成熟的DCs能有效的把抗原呈遞給細(xì)胞毒性T細(xì)胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL),產(chǎn)生適應(yīng)免疫反應(yīng),殺死TSCs[9];同時(shí)抑制血管相關(guān)因子VCGF、VCAM和ICAM- 1的生成[10]。DC疫苗是通過(guò)成熟DC細(xì)胞與產(chǎn)物如轉(zhuǎn)染的抗原,純化肽,腫瘤細(xì)胞,腫瘤細(xì)胞溶解物等共同包被,增加內(nèi)生抗原,從而產(chǎn)生高效的免疫反應(yīng)。通過(guò)DC疫苗包被不同產(chǎn)物構(gòu)建6組實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)基于樹突狀細(xì)胞和細(xì)胞因子誘導(dǎo)的殺傷細(xì)胞組(DC-CIK)效果比其他組(包括基于TSCs溶解產(chǎn)物的DC疫苗)更高效[11]?;?003—2014年的臨床病例分析驗(yàn)證了DC-CIK組的療效[12]。DC疫苗不能直接殺傷TSCs,但作為免疫殺傷細(xì)胞識(shí)別TSCs中重要的橋梁,是激活殺傷細(xì)胞的關(guān)鍵。

    3 過(guò)繼免疫療法在靶向TSCs治療中的應(yīng)用

    3.1 T細(xì)胞過(guò)繼療法

    T細(xì)胞是適應(yīng)性免疫的主要效應(yīng)細(xì)胞,免疫應(yīng)答中能形成記憶T細(xì)胞,從而得到長(zhǎng)久免疫力而被重視。CTL和輔助性T細(xì)胞(helper T cell,Th)是抗腫瘤的重要細(xì)胞。在體外實(shí)驗(yàn),活化的T細(xì)胞通過(guò)NKG2D/DNAM1系統(tǒng)激活T細(xì)胞溶解腫瘤細(xì)胞,而且確定能殺死TSCs。T細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞與細(xì)胞接觸方式被活化,T細(xì)胞表面的NKG2D分子是識(shí)別抗原的重要受體,未激活狀態(tài)的T細(xì)胞NKG2D分子表達(dá)低,識(shí)別能力弱。同時(shí)TSCs表面過(guò)度表達(dá)腱生蛋白C(tenascin-C),此蛋白能與T細(xì)胞的整合素結(jié)合,阻斷T細(xì)胞受體與配體結(jié)合時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)傳入細(xì)胞內(nèi)部,從而阻斷識(shí)別TSCs,最終抑制T細(xì)胞活化和增殖。TSCs高表達(dá)TGF-β和PD- 1配體以及微環(huán)境中Treg細(xì)胞等也發(fā)揮了抑制T細(xì)胞的活化增殖的功能。用IL- 2活化T細(xì)胞,將活化的T細(xì)胞在體外或過(guò)繼小鼠體內(nèi)都能通過(guò)抗特異性抗原EpCAM,從而靶向殺死TSCs[13]。

    3.2 NK細(xì)胞過(guò)繼療法

    自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell,NK)是1980中期發(fā)現(xiàn)的免疫細(xì)胞,人NK細(xì)胞以表面有CD56 和CD16(FcγRIII)分子為特征,具有抗腫瘤﹑抗微生物感染和參與排斥反應(yīng)的能力。近年研究表明,NK細(xì)胞可能是適合殺傷TSCs的細(xì)胞。原因如下:1)抗腫瘤免疫中,NK細(xì)胞無(wú)需像T細(xì)胞一樣接受處理的抗原呈遞,而是通過(guò)表面活化性受體如NKG2D/NKG2C等對(duì)“自身”與“非己”進(jìn)行快速識(shí)別,并直接殺傷腫瘤細(xì)胞和靶細(xì)胞;也可通過(guò)ADCC(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity)作用或者(和)分泌細(xì)胞因子協(xié)助殺傷腫瘤細(xì)胞[14- 15],在免疫監(jiān)視中以效應(yīng)細(xì)胞發(fā)揮重要作用。2)NK細(xì)胞能表達(dá)MHC1類分子協(xié)助識(shí)別靶細(xì)胞。3)NK細(xì)胞優(yōu)先靶向殺傷特異性抗原過(guò)表達(dá)的TSCs,同時(shí)殺傷NSCCs,從而完全清除腫瘤[16]。4)TSCs低表達(dá)MHCⅠ類分子和高表達(dá)配體分子,配體分子能被NK細(xì)胞識(shí)別,此特性能被NK細(xì)胞很好的識(shí)別并殺死TSCs。目前,NK細(xì)胞過(guò)繼免疫療法已經(jīng)在惡性血液腫瘤方面得到驗(yàn)證,但在實(shí)體腫瘤治療效果不佳,主要是因?yàn)闄C(jī)體無(wú)能力提供足夠的活化NK[14,17]。Ames[14]則通過(guò)體外培養(yǎng)NK細(xì)胞并活化,然后將NK細(xì)胞過(guò)繼給小鼠,觀察到活化的NK細(xì)胞能優(yōu)先殺傷TSCs。由此可以推斷,如能活化NK細(xì)胞并增加足夠的數(shù)量,加上NK細(xì)胞先天優(yōu)勢(shì),則抗腫瘤能事半功倍。

    3.3 CIK過(guò)繼療法

    早期,細(xì)胞因子誘導(dǎo)的殺傷細(xì)胞(cytokine-induced killer cell,CIK)作為輔助治療肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC),能減少腫瘤復(fù)發(fā)率,延長(zhǎng)無(wú)病生存和總生存率[18],展示免疫治療前景。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),CIK細(xì)胞共表達(dá)CD3和CD56,具有自然殺傷淋巴細(xì)胞的細(xì)胞毒性的特點(diǎn)[19- 20]。故將CIK細(xì)胞在體外激活增殖后過(guò)繼給患者,以提高患者抗腫瘤的免疫力。CIK細(xì)胞過(guò)繼療法早期用于抗自體黑色素瘤的TSCs;繼而,有CIK細(xì)胞能殺死自體轉(zhuǎn)移性骨肉瘤和軟組織肉瘤等其他實(shí)體腫瘤TSCs的報(bào)道[21- 22]。CIK細(xì)胞能高效殺死TSCs和殺死NSCCs,主要通過(guò)表面受體NKG2D/NKp30和DNAM- 1直接識(shí)別靶細(xì)胞的機(jī)制和分泌因子協(xié)助抗腫瘤細(xì)胞。相比T細(xì)胞識(shí)別TSCs受主要組織相容性復(fù)合體(major histocmpatibility complex,MHC)限制而言,此機(jī)制使CIK細(xì)胞具有更強(qiáng)效殺死TSCs和非TSCs的腫瘤細(xì)胞的能力[23]。

    4 分化療法在靶向TSCs療法中的應(yīng)用

    正常細(xì)胞一般具有密度抑制依賴的特性,即細(xì)胞分化增殖一定數(shù)量后會(huì)反饋抑制細(xì)胞分裂,使細(xì)胞分裂停止。TSCs能持續(xù)通過(guò)非對(duì)稱分裂,既保留了子代干細(xì)胞,又分化新的腫瘤細(xì)胞來(lái)形成腫瘤塊或者更新凋亡的腫瘤細(xì)胞。因此,TSCs不僅失去了密度抑制依賴的特性,而且還使TSCs處于動(dòng)態(tài)的未分化狀態(tài)。運(yùn)用細(xì)胞因子IL- 15分化治療腎癌,希望通過(guò)分化腎癌TSCs使此細(xì)胞最終形成高分化細(xì)胞,從而失去干細(xì)胞特性[19],但結(jié)果注定令人失望。因?yàn)镹SCCs在腫瘤微環(huán)境下,能轉(zhuǎn)化成TSCs并獲得干細(xì)胞特性[24]。故在未闡明腫瘤微環(huán)境的作用以及TSCs與NSCCs轉(zhuǎn)化機(jī)制前,分化療法將受限制。

    5 免疫增強(qiáng)劑在靶向TSCs療法中的應(yīng)用

    適應(yīng)性免疫是抗腫瘤的主要部分,但由于腫瘤微環(huán)境中不僅缺乏適當(dāng)?shù)腡細(xì)胞共刺激信號(hào)和高親和力的T細(xì)胞配體來(lái)激活T細(xì)胞,而且腫瘤微環(huán)境中的Treg細(xì)胞和IL- 10、IL- 13和TGF-β等細(xì)胞因子共同抑制抗腫瘤免疫反應(yīng),使活化的T細(xì)胞減少且效率降低﹑適應(yīng)性免疫反應(yīng)遲緩,從而導(dǎo)致TSCs處于免疫豁免狀態(tài)?,F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)CTLA- 4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen- 4)和PD- 1(programmed death 1)信號(hào)通路與TSCs的免疫豁免狀態(tài)有關(guān),CTLA- 4和PD- 1受體或者配體的抗體等能提高適應(yīng)性免疫抗TSCs的免疫力[25]。

    6 存在問(wèn)題與展望

    隨著研究證實(shí)TSCs與腫瘤的發(fā)生﹑發(fā)展﹑轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)等有著密切關(guān)系,TSCs是腫瘤生長(zhǎng)的起始細(xì)胞,治療腫瘤關(guān)鍵可能在于根除TSCs,從而吸引越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。免疫療法被認(rèn)為是繼化療﹑放療和手術(shù)后的治療腫瘤的重要方法。靶向標(biāo)記分子的治療,具有一定的效果。但是,TSCs自我更新和抗原漂移的問(wèn)題還需要進(jìn)一步研究。DC疫苗在一定程度上解決了T細(xì)胞識(shí)別TSCs的問(wèn)題,但處于腫瘤微環(huán)境的T細(xì)胞功能弱,可能需要與T細(xì)胞過(guò)繼療法結(jié)合。NK細(xì)胞和CIK細(xì)胞是目前最具潛力的抗腫瘤細(xì)胞,人體治療也收到良好的療效;但只在特定腫瘤的特定階段起作用,缺乏普遍性,必須進(jìn)一步研究其治療機(jī)制。當(dāng)前分化療法雖然受限,但隨著機(jī)制逐步闡明,此療法可能會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)選擇。鑒于腫瘤的發(fā)生發(fā)展轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)是多方面多層次的原因,單獨(dú)治療效果往往有限,聯(lián)合治療將是必然的趨勢(shì)。如細(xì)胞因子先活化CIK細(xì)胞,然后CIK細(xì)胞聯(lián)合DCs抗TSCs,免疫增強(qiáng)劑與過(guò)繼免疫聯(lián)合等,所以腫瘤的治療是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程,需要整個(gè)免疫系統(tǒng)﹑多種免疫方法參與??偟膩?lái)說(shuō),免疫治療大部分處于理論研究階段,還需要回答很多問(wèn)題,如實(shí)驗(yàn)所用TSCs是否具有腫瘤的異質(zhì)性,實(shí)驗(yàn)?zāi)P团c臨床相關(guān)性有多少,免疫細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境和TSCs的相互作用等。雖然研究成果取得階段性成果,但是距離治愈腫瘤任重而道遠(yuǎn)。

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