賀曉靜, 賀 潔
(1開(kāi)封大學(xué)醫(yī)學(xué)部, 2河南大學(xué)生命科學(xué)院, 河南 開(kāi)封 475000)
肝癌是世界上最流行的惡性腫瘤之一,全球每年新發(fā)病例達(dá)200萬(wàn)例。5年生存率低至5%[1]。鑒于肝癌患者手術(shù)和化療后的預(yù)后不良,為了改善治療,因此,需要探索更多的治療方法。近些年,腫瘤免疫治療已經(jīng)成為一個(gè)很有發(fā)展前景的治療方法。這種方法具有消除全身腫瘤細(xì)胞的潛力,并具有區(qū)分腫瘤和非腫瘤細(xì)胞的特異性。在惡性腫瘤組織中過(guò)表達(dá)的基因或抗原是特異性腫瘤免疫治療的先決條件[2]。MAGEC2 (GenBank: AF151378)幾乎不出現(xiàn)在正常組織中,僅在睪丸中檢測(cè)到MAGEC2 的mRNA表達(dá);但是在肝癌、惡性黑色素瘤和膀胱癌中具有高水平的MAGEC2表達(dá)。它又被稱(chēng)為肝細(xì)胞癌相關(guān)抗原587(hepatocellular carcinoma-associated antigen 587,HCA587)。HCA587是從肝癌患者的肝癌組織DNA表達(dá)文庫(kù)中克隆出來(lái)、且在多種腫瘤組織中高表達(dá)的一種新型腫瘤/睪丸(cancer/testis,CT)抗原[3-4]。有研究發(fā)現(xiàn),肝癌樣品中有特別高的MAGEC2表達(dá),mRNA水平為70%,蛋白水平為38%[5]。腫瘤抗原多肽誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(cytotoxic T-lymphocyte,CTL)除了具有特異性外,在設(shè)計(jì)上還可以對(duì)野生型多肽進(jìn)行改造,從而提高主要組織相容性(抗原)復(fù)合物(major histocompatibility complex,MHC)分子的結(jié)合力,以及T細(xì)胞識(shí)別的兼并性等。本研究使用NetCTL 1.2、SYFPEITHI和IEDB等生物信息學(xué)軟件進(jìn)行綜合預(yù)測(cè),篩選出綜合打分較高的表位,并對(duì)優(yōu)勢(shì)表位進(jìn)行適當(dāng)替換,通過(guò)鑒定篩選出新的MAGEC2 HLA-A2限制性CTL表位[6-7]。多肽疫苗的設(shè)計(jì)核心是T細(xì)胞表位,其鑒定和改造是多肽疫苗發(fā)展及應(yīng)用的基礎(chǔ)[8-10]。
T2細(xì)胞和HepG2細(xì)胞(MAGEC2+、HLA-A2+)[6]由開(kāi)封大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)室常規(guī)保存,在37 ℃、5% CO2飽和濕度培養(yǎng)條件下常規(guī)培養(yǎng)。外周血單個(gè)核細(xì)胞(peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)由HLA-A2+健康供者捐贈(zèng)。HLA-A2+外周血健康供者來(lái)自課題組尋找的健康供者。
2.1HLA-A2限制性CTL表位肽的預(yù)測(cè) 使用NetCTL 1.2(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetCTL/)、SYFPEITHI(http://www.syfpeithi.de/bin/MHCServer.dll/EpitopePrediction.htm)和IEDB(http://tools.iedb.org/main/tcell/)軟件對(duì)MAGEC2氨基酸序列進(jìn)行預(yù)測(cè)打分。分別打開(kāi)這3種預(yù)測(cè)軟件的主頁(yè),進(jìn)入 CTL 表位預(yù)測(cè)界面。本次研究以A2超型為主;參數(shù)設(shè)定:CTL表位限制性MHC類(lèi)型為HLA-A*0201;預(yù)測(cè)抗原肽為nonamers (9 aa)。根據(jù)各個(gè)預(yù)測(cè)軟件所推選的前10個(gè)優(yōu)勢(shì)表位進(jìn)行綜合選擇,選出在各種軟件打分較好的HLA-A2限制性表位[11]。
2.2HLA-A2限制性CTL表位肽的合成 候選表位肽由上海生工生物工程有限公司合成,經(jīng)HPLC分析純化后,其純度>95%,質(zhì)譜分析其相對(duì)分子質(zhì)量符合理論值。
2.3質(zhì)譜鑒定 采用電噴霧電離質(zhì)譜(electrospray ionization mass spectrometry,ESI-MS)鑒定多肽。我們使用的儀器是德國(guó)布魯克道爾頓儀器公司的BRU KER Esquire-3000電噴霧-離子阱多級(jí)質(zhì)譜儀。根據(jù)質(zhì)譜鑒定結(jié)果與肽段分子量進(jìn)行對(duì)比,確定所合成的多肽是否為設(shè)計(jì)的表位肽。電噴霧質(zhì)譜條件設(shè)置:噴霧器壓力為7.0或11.0 Psi;干燥器流速為4.0或8.0 L/min;溫度為300 ℃;噴霧針電壓為4.0 kV。G2025A Software A.02.01數(shù)據(jù)分析軟件檢測(cè)精肽的分子質(zhì)量。
2.4表位肽與HLA-A2分子結(jié)合力實(shí)驗(yàn) 收集T2細(xì)胞,用無(wú)血清RPMI-1640培養(yǎng)基洗3次,調(diào)整細(xì)胞密度至1×109/L,鋪于24孔板中(每孔1 mL),每實(shí)驗(yàn)孔加入待測(cè)肽50 μmol/L,β2-微球蛋白3 mg/L,37 ℃、5% CO2共孵育18 h后,冷PBA洗滌3次,加入500 μL稀釋度為1∶100的單克隆抗體(鼠抗人β2-微球蛋白),4 ℃避光靜置40 min。之后冷PBA洗滌3次,加入50 μL稀釋度為1∶50的FITC-羊抗鼠抗體溶液,4 ℃靜置40 min,PBA洗滌1次后上流式細(xì)胞儀檢測(cè)。其結(jié)果用熒光指數(shù)表示:熒光指數(shù)(flourescence index,F(xiàn)I)=(表位肽平均熒光強(qiáng)度-背景平均熒光強(qiáng)度)/背景平均熒光強(qiáng)度。FI>1.0表示高等結(jié)合力,1.0>FI>0.5表示中等結(jié)合力,F(xiàn)I<0.5表示低結(jié)合力。
2.5CTL的體外誘導(dǎo) 抽取HLA-A2+健康供者的外周血,肝素鈉抗凝,經(jīng)常規(guī)聚蔗糖-泛影葡胺分層液梯度離心,獲取PBMCs,用含10%胎牛血清的IMDM培養(yǎng)基調(diào)整細(xì)胞濃度為1.5×109/L。第2天分別加入10 mg/L的候選肽共培養(yǎng),第3天加入5×104U/L的rIL-2繼續(xù)培養(yǎng)。每周收集細(xì)胞,1 000 r/min離心10 min,除去上清,加入新鮮的10%胎牛血清的IMDM培養(yǎng)基,同時(shí)加入上述條件的候選肽和rIL-2。刺激3輪后于最后一次刺激的第3天收集細(xì)胞。調(diào)整細(xì)胞濃度作為效應(yīng)細(xì)胞。用無(wú)血清IMDM培養(yǎng)基調(diào)整細(xì)胞濃度作為靶細(xì)胞。
2.6IFN-γ分泌水平的檢測(cè) 取出酶聯(lián)免疫斑點(diǎn)(enzyme-linked immunospot,ELISPOT)實(shí)驗(yàn)板條(購(gòu)自達(dá)科為生物技術(shù)有限公司),加200 μL無(wú)血清的IMDM培養(yǎng)基進(jìn)行封閉,靜置10 min;誘導(dǎo)的CTL作為效應(yīng)細(xì)胞,荷肽的T2作為刺激細(xì)胞,細(xì)胞濃度均調(diào)整為2×109/L;設(shè)立對(duì)照孔和實(shí)驗(yàn)孔;37 ℃、5% CO2孵育18 h;傾盡孔中培養(yǎng)基,每孔加入200 μL無(wú)菌的去離子水,4 ℃ 裂解細(xì)胞10 min;傾盡孔內(nèi)液體,加入200 μL 1×Washing Buffer 洗滌6次,每次停留60 s;加入 100 μL生物素標(biāo)記的抗體,37 ℃ 孵育1 h;傾盡孔內(nèi)液體,加入200 μL 1×Washing Buffer進(jìn)行洗滌,方法同上,在吸水紙上拍干;加入100 μL酶聯(lián)親和素,37 ℃ 孵育1 h;每孔加入200 μL 1×Washing Buffer進(jìn)行洗滌,方法同上;加入100 μL現(xiàn)配的AEC顯色液,25 ℃避光靜置30 min;結(jié)束后置于通風(fēng)處,室溫靜置干燥;結(jié)果用 ELISPOT 圖像分析儀計(jì)數(shù) 96 孔板中每孔的斑點(diǎn)數(shù)[12]。
2.7細(xì)胞毒活性檢測(cè) 調(diào)整CTL細(xì)胞濃度為5×109/L;調(diào)整靶細(xì)胞HepG2細(xì)胞濃度為1×108/L;按50∶1、25∶1和12.5∶1的不同效靶比鋪于96孔板中,同時(shí)設(shè)立效應(yīng)細(xì)胞自發(fā)釋放組、靶細(xì)胞自發(fā)釋放組、靶細(xì)胞最大釋放組、體積校正組和背景對(duì)照組,每孔終體積為100 μL。37 ℃、體積分?jǐn)?shù)5%的CO2培養(yǎng)4 h。于孵育結(jié)束前45 min,在靶細(xì)胞最大釋放組及體積校正組中加入10 μL裂解液。1 000 r/min離心4 min,轉(zhuǎn)移50 μL上清至另一干凈96孔板中,每孔加入50 μL底物混合液,室溫避光孵育30 min;每孔再加入50 μL終止液。用酶標(biāo)儀檢測(cè)其在490 nm波長(zhǎng)處的吸光度(A)值。殺傷率(%)=(實(shí)驗(yàn)孔A值-效應(yīng)細(xì)胞自發(fā)釋放A值-CTL自發(fā)釋放A值)/(靶細(xì)胞A值-效應(yīng)細(xì)胞自發(fā)釋放A值)×100%。
2.8胞內(nèi)因子染色法 誘導(dǎo)的CTL作為效應(yīng)細(xì)胞,荷肽的T2細(xì)胞作為刺激細(xì)胞;陰性對(duì)照孔每孔加入1×109/L的效應(yīng)細(xì)胞;陽(yáng)性對(duì)照孔每孔加入1×109/L的效應(yīng)細(xì)胞和100 μL植物血凝素再補(bǔ)加900 μL無(wú)血清的IMDM培養(yǎng)基培養(yǎng)。加入阻斷劑brefeldin A 5 mg/L到培養(yǎng)體系中,充分混勻。培養(yǎng)箱中37 ℃、5% CO2孵育4 h;孵育結(jié)束后,1 500 r/min,離心5 min,收集細(xì)胞,PBS洗滌 2 次,用含2% FBS溶液的PBS將細(xì)胞重懸。避光加入細(xì)胞表面抗體,4 ℃避光孵育20 min,1 500 r/min,離心5 min。收集細(xì)胞,每孔加入100 μL破膜劑,4 ℃孵育20 min。加入抗IFN-γ抗體,4 ℃避光孵育30 min;每管加入500 μL細(xì)胞染色溶液,重懸,轉(zhuǎn)移到Falcon 圓底試管中上機(jī)檢測(cè)。
采用SPSS 16.0分析數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,采用單因素方差分析檢驗(yàn)多組平均數(shù)之間的差別,用GraphPad Prism軟件繪圖,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
為了預(yù)測(cè)MAGEC2蛋白開(kāi)放閱讀框中潛在的HLA-A*0201限制性CTL表位,依據(jù)NetCTL 1.2、SYFPEITHI和IEDB軟件的結(jié)果,選取在各個(gè)預(yù)測(cè)軟件中分值排名靠前的表位肽,根據(jù)這3個(gè)預(yù)測(cè)軟件進(jìn)行綜合打分,篩選出分值在各個(gè)軟件中打分較好的CTL表位肽,對(duì)篩選的表位肽進(jìn)行氨基酸替換,軟件預(yù)測(cè)改造表位打分情況見(jiàn)表1。候選表位肽由上海生工生物工程有限公司合成,用質(zhì)譜儀測(cè)定其分子量,結(jié)果顯示各多肽分子量測(cè)定值與理論值相符,表明合成的多肽是我們所需要的目的肽,見(jiàn)表2。
表1 MAGEC2 HLA-A2限制性CTL表位預(yù)測(cè)結(jié)果
T2結(jié)合力實(shí)驗(yàn)測(cè)試表位肽與HLA-A*0201的結(jié)合能力。使用流式細(xì)胞術(shù)進(jìn)行檢測(cè),對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,結(jié)果表明P248、P248-1Y、P248-2L、P356、P356-1Y、P356-2L和P356-1Y2L均具有較好結(jié)合力(FI>0.5),見(jiàn)表2。這一結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)改造后的表位肽與MHC分子的結(jié)合能力明顯提高。
表2候選肽與HLA-A*0201分子結(jié)合力結(jié)果
Table 2. The HLA-A*0201 binding affinity of the peptides derived from MAGEC2
PeptideESI?MS[M+H]+CalculatedObservedFIP228970.2971.20.36P228?1Y1046.31047.20.46P2481042.21042.50.86P248?1Y1106.31105.41.82P248?2L1042.21042.31.06P3171019.21021.60.24P317?1Y1035.21032.70.48P356922.1922.30.76P356?1Y986.1986.51.28P356?2L904.0905.21.08P356?1Y2L968.1969.81.87HBcAg18?271155.31155.61.24
FI=[mean fluorescence intensity (MFI) of the peptide-MFI background]/MFI background.
為了檢測(cè)表位肽是否可被MAGEC2抗原特異性的CD8+T細(xì)胞識(shí)別,根據(jù)結(jié)合力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,我們選擇了較好結(jié)合力的多肽進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示,P248、P248-1Y、P356、P356-1Y、P356-2L和P356-1Y2L多肽疫苗能檢測(cè)到特異性T細(xì)胞免疫,能分泌較多的IFN-γ,且P248-1Y和P356-1Y2L誘導(dǎo)特異性T細(xì)胞免疫分泌的IFN-γ略高于原肽(P<0.05),見(jiàn)圖1。
根據(jù)IFN-γ分泌水平結(jié)果,我們將有效果的P248、P248-1Y、P356和P356-1Y2L的免疫活性進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)。P248和P248-1Y這2條候選肽誘導(dǎo)得到的CTL在效靶比為50∶1時(shí)對(duì)靶細(xì)胞的殺傷率分別是(29.5±3.56)%和(36.3±3.26)%,P356和P356-1Y2L這2條候選肽誘導(dǎo)得到的CTL在效靶比為50∶1時(shí)對(duì)靶細(xì)胞的殺傷率分別是(26.5±3.02)%和(38.6±2.32)%,與陰性對(duì)照組(PBS組)和無(wú)關(guān)肽組(HBcAg18-27組)比較均顯著升高,見(jiàn)圖2。
Figure 1. ELISPOT assay was conducted to measure IFN-γ release by CTLs induced from the PBMCs of healthy donors. CTLs induced by PBS and irrelevant peptide HBcAg18-27were taken as negative controls. Mean±SD.n=3.**P<0.01vsPBS group;▲P<0.05vsP248 group;#P<0.05vsP356 group.
圖1ELISPOT法檢測(cè)MAGEC2候選表位肽誘導(dǎo)特異性CTL分泌IFN-γ的能力
Figure 2. Specific lysis of HepG2 cells by the CTLs generated from the PBMCs of healthy donor. CTLs were induced by MAGEC2-derived peptides and their analogues. Mean±SD.n=3.**P<0.01vsPBS group;#P<0.05vsP248 group;△P<0.05vsP356 group.
圖2P248和P356候選肽及其類(lèi)似物誘導(dǎo)得到的CTL在不同效靶比時(shí)對(duì)靶細(xì)胞HepG2的殺傷情況
使用胞內(nèi)因子染色法檢測(cè)多肽體外免疫刺激后IFN-γ分泌水平。以空載T2細(xì)胞和荷肽T2細(xì)胞作為靶細(xì)胞,流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí),P248、P248-1Y、 P356和P356-1Y2L候選肽可誘導(dǎo)產(chǎn)生特異性的CD8+T細(xì)胞。P248、P248-1Y、P356和P356-1Y2L均能誘導(dǎo)特異性T細(xì)胞分泌較多的IFN-γ。P248-1Y和P356-1Y2L誘導(dǎo)特異性T細(xì)胞免疫分泌的IFN-γ略高于原肽,見(jiàn)圖3。
Figure 3. Specific CD8+T-cell responses to MAGEC2-derived peptides in PBMCs of healthy donor. Peptide-stimulated CD8+T cells from PBMC samples were examined for IFN-γ production in co-culture with T2 cells loa-ded with each of the peptides. Mean±SD.n=3.*P<0.05,vsPBS group;#P<0.05vsP248 group;△P<0.05vsP356 group.
圖3胞內(nèi)因子染色法檢測(cè)候選表位肽體內(nèi)誘導(dǎo)CTL分泌IFN-γ的能力
腫瘤疫苗已經(jīng)探索了一個(gè)多世紀(jì),疫苗對(duì)于傳染病的巨大影響相比,它們提供了更多的希望。腫瘤疫苗主要集中在疾病治療上,這是一個(gè)更高的治療方案,現(xiàn)有的研究對(duì)于癌癥在免疫系統(tǒng)上的能力幾乎不了解[13]。針對(duì)腫瘤疫苗的另外的挑戰(zhàn)是患者的免疫系統(tǒng)受到損傷,抑制或衰老,不僅是因?yàn)槟[瘤的負(fù)擔(dān)造成的,而是標(biāo)準(zhǔn)治療療法和有害的經(jīng)驗(yàn)。新形式下,免疫效應(yīng)機(jī)制知識(shí)的快速增長(zhǎng)以及免疫抑制分子信號(hào)正在發(fā)展[14]。除此之外,存在新的基因編輯工具和對(duì)癌癥患者免疫力的關(guān)鍵炎癥和免疫分子的相關(guān)研究。這些研究的快速增長(zhǎng)帶給癌癥疫苗新的希望[15]。
肽的腫瘤疫苗是通過(guò)接種特定腫瘤相關(guān)抗原(tumor-associated antigen,TAA)的腫瘤特異性肽來(lái)誘導(dǎo)腫瘤特異性T細(xì)胞反應(yīng)。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了激活或改善免疫系統(tǒng)來(lái)對(duì)抗腫瘤的方法[16]。腫瘤免疫療法是非常有前景的治療方法,該療法能激發(fā)免疫系統(tǒng)摧毀癌細(xì)胞,還可以選擇性接種針對(duì)TAA的合成肽、來(lái)源于TAA重組蛋白、病毒載體編碼重組TAA、TAA樹(shù)突狀細(xì)胞或DNA/RNA編碼的TAA。TAA相關(guān)肽的內(nèi)源性腫瘤特異性T細(xì)胞反應(yīng)是一個(gè)有前景的癌癥治療,原因是其易于使用,而且在許多臨床試驗(yàn)顯示低毒性[17]。
MAGEC2在腫瘤組織和正常組織之間的差異表達(dá),以及MAGEC2突出的免疫原性使其有希望成為腫瘤免疫治療的的靶標(biāo)。為了探索其治療潛力,鑒定該抗原中包含的優(yōu)勢(shì)CD8+T細(xì)胞表位是至關(guān)重要的。在本研究中,我們采用“反向免疫學(xué)”的方法篩選能夠誘導(dǎo)CTL反應(yīng)的新MAGEC2 HLA-A2限制性表位,并對(duì)其進(jìn)行表位錨定位點(diǎn)的改造。通過(guò)修飾MHC抗原結(jié)合槽中保守氨基酸分子可以改變這些多肽與MHC分子的親和力,結(jié)果是可以得到體內(nèi)誘導(dǎo)更為強(qiáng)烈的多克隆CTL應(yīng)答的所謂異變性多肽[18-19]。該多肽能識(shí)別野生型表位,排斥新植入的腫瘤以及原有腫瘤,這一概念在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者中使用黑色素瘤相關(guān)抗原gp100來(lái)源的免疫優(yōu)勢(shì)表位的實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)[20]。gp100多肽在修飾后體內(nèi)免疫原性得到增強(qiáng),這一點(diǎn)在更大規(guī)模的臨床試驗(yàn)中得到證實(shí),轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者陽(yáng)性反應(yīng)的比例增加到75%以上,多于90%的患者手術(shù)切除Ⅰ到Ⅲ期。在體外,修飾肽誘導(dǎo)的CTL與天然肽誘導(dǎo)的CTL相比,對(duì)抗原的識(shí)別能力更強(qiáng)[21]。
在本次研究中,野生肽及其類(lèi)似物的免疫原性已在體外實(shí)驗(yàn)中展示,結(jié)果顯示野生肽以及類(lèi)似物均能有效誘導(dǎo)MAGEC2+、HLA-A2+限制性CTL,能夠識(shí)別和裂解自然遞呈野生型MAGEC2表位的靶細(xì)胞。近年來(lái),腫瘤免疫療法領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展[22-24]。然而,為了實(shí)現(xiàn)癌癥疫苗的進(jìn)一步發(fā)展,仍然有許多等待我們解決的問(wèn)題。雖然這次研究鑒定出新的MAGEC2表位在體外表現(xiàn)出顯著的免疫原性潛能,但其在體內(nèi)抗腫瘤免疫誘導(dǎo)中的效力仍有待確定。需要HLA轉(zhuǎn)基因小鼠模型以及HLA分子轉(zhuǎn)染的小鼠腫瘤細(xì)胞系來(lái)鑒定MAGEC2表位體內(nèi)抗腫瘤效果。這是我們接下來(lái)進(jìn)一步要研究的內(nèi)容。
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