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肿瘤疫苗的应用与前景

时间:2015-09-30 11:02 来源:丁香园 作者:cnbg 点击:打印 邮箱

近四十年来 ,研究人员已研发出各种疫苗用于治疗肿瘤。然而早期疫苗研究的良好前景与临床研究的结果并不一致。此综述集中对肿瘤肽类疫苗进行了大致的概述,包括肿瘤抗原表达、特异性免疫应答、细胞毒依赖性细胞死亡、针对突变或修饰的原癌基因的靶向治疗,此领域研究的快速发展很可能在不久的将来即将收获成果。

 文章由委内瑞拉中央大学医学院的 Cerezo 教授发表在 Recent Patents on Inflammation & Allergy Drug Discovery。

 抗原表达

 抗原表达是导致免疫应答的关键,其过程非常复杂,需要细胞内各种病原体降解等一系列事件的发生,或细胞将降解的蛋白转运到细胞外再结合到主要组织相容性复合体Ⅰ类分子(MHC-Ⅰ)或Ⅱ类分子(MHC-Ⅱ)上。抗原表达后产生特异性免疫、细胞毒、MCH-Ⅰ、抗体、T 辅助细胞应答及 MHC-Ⅱ。保护性特异性抗肿瘤免疫应答包括细胞毒 T 细胞及所致的 MHC-Ⅰ表达。

 此外,抗肿瘤的免疫应答还包括其他的 T 细胞亚群。

 1. MCH-Ⅰ

MCH-Ⅰ多肽长约 8-11 个氨基酸,由内质网(ER)摄取的细胞胞溶质蛋白抗原经蛋白酶体降解后再组装到 MHC-Ⅰ类分子上。一旦该肽类到达内质网上,此复合物可稳定的转运到细胞膜上。在细胞膜上,此肽接受循环 CD8 细胞的仔细审查,这一过程通常叫做「免疫监视」。因为 MHCs 分子具有高度多态性,与抗原结合及其表达并非是普遍的。

 有一种特定的「公共」MHC-I 蛋白质优先表达于不同的种族,因此可作为治疗性疫苗的靶向分子。但是,隐秘的抗原是通过非标准转录的,其转运机制也许也由 MHC-Ⅰ分子表达。

 2.  疫苗佐剂和呈递系统

 另外,疫苗佐剂和呈递系统可能通过调节细胞的抗原表达导致有效的抗肿瘤反应、减少或免疫耐受效应增加。因此,治疗性癌症疫苗已经被提议作为分析在不同肿瘤中遇到的各种各样的基因突变和异常蛋白表达的结果。其主要缺点包括有限的抗原表达和取决于不同阶段和类型肿瘤的高度突变概率。此外,理论上肿瘤微环境诱导免疫耐受,但它并不总是遇到;佐剂、肽和免疫增强剂能够超越耐受原应答。

 此综述的目的是向大家展示肽类疫苗抗肿瘤治疗的一个简要的蓝图及近年提交的新专利。

 肿瘤抗原

 许多研究者都试图理解免疫应答障碍是否由于不能识别异常细胞或免疫耐受,为了解决此问题,他们用不同的方法进行探讨。

 研究人员首先要解决的是肿瘤抗原表达的异质性。可能遇到的情况有:缺乏抗原、低量的抗原、大量抗原、同质异构抗原和/或(混合或结合抗原)。因此,找到一个可以起直接免疫反应的理想抗原并非是易事。

 为了解决这一问题,研究人员提出了两种方法。一是对相似的肿瘤细胞进行归类。然而,这种方法可能会导致特异性应答缺失并产生大量不必要的副作用。在实际操作中很难完成。

 另一种方法是使用肿瘤细胞 cDNA 数据库将肿瘤匀浆转染到正常的抗原递呈细胞。通过这种方法,翻译的抗原经加工后组装到 MHC-I 类分子上。这种技术对 MAGE-1 很有用,它是由 HLA-A1 表达的黑色素瘤抗原、HLA-A2 表达的酪氨酸酶及其他抗原的组合。

 然而,肿瘤抗原的处理并不像体内实验中表达的一样,因为肿瘤抗原转录的调控与正常细胞不一样。再加上转录后修饰可能致抗原低表达或过表达,可能致肿瘤细胞与正常细胞不同。

 Skipper 和其同事的研究显示通过上述技术,体内实验发现 CD8 对酪氨酸酶肿瘤抗原反应不同。幸运的是,天冬氨酸至天冬酰胺这一氨基酸的变化并没有影响 HLA-A2 结合和生成一个强大的 T 细胞毒反应。

 另一种识别肿瘤抗原的方法是使用 pMHC-I 结合算法的图形预测。该模型涉及到与 MHC-I 结合的肽序列可以被蛋白酶体复合物劈开。使用这个预测模型,Fisk 和同事能够识别 19 种结合到 HLA-A2 上不同的 her - 2 候选者。然而, 19 个候选者中只有一个能够生成一个良好的体外细胞毒反应。

 别的抗原,如癌胚抗原(CEA)和 Her-2/neu,经计算的免疫表位可以结合到多个 HLA A3 等位基因的超家族上,表明这些肽可以克服一些患者之间 HLA 的表达差异。

 肿瘤肽疫苗

一些综述已经解决了不同的疫苗实验、临床试验及它们的结果的问题,此综述给大家展示了目前更新的最重要的疫苗方法的数据,总结在表 1 和表 2 中。

  1. 显示了参与肿瘤肽疫苗的不同策略 

 策略

 特征

 一般结论

 肿瘤组织匀浆

 匀浆未激活或修饰的 Freund’s 佐剂

 缺少特异性抗原   重要的副作用   没有或低反应

 肿瘤细胞基因组图书馆

 正常靶细胞的抗原表达

 特异性肿瘤抗原   体内抗原表达量未知   新的特异性表位   避免自身免疫反应

 自身同源体抗原

 构建于患者自身肿瘤细胞的肽疫苗

 在血液肿瘤早期良好的 CD4 和 CD8 反应   取决于肿瘤类型和疫苗构建的微弱的较好反应

 免疫蛋白组学/对接分析  使用抗原构建和结合到 MHC-Ⅰ的模型

 好的细胞毒 T 细胞激活,但是无临床改善

 从 CD8+细胞提取抗原

 分析体内反应   分析肿瘤相关或特异抗原  

 分类针对 HLA 特异性细胞毒反应的普遍抗原   肽结合到特异性 HLA 取决于疫苗构建的中度至良好的反应

 HLAⅠ类和Ⅱ类抗原肽

 使用两类 HLA 特异性肽

 激活 CA4、CD8 特异性细胞抗肿瘤   肽结合到特异性 HLA 取决于疫苗构建的中度至良好的反应

 有肿瘤抗原的伴侣蛋白

 用已知的抗原蛋白使对肿瘤抗原有一般的免疫反应

 激活 CA4、CD8 细胞抗肿瘤 取决于疫苗构建的中度至良好的反应

 激活的树突状细胞  用有多聚糖配体的抗原使树突状细胞表达抗原,细胞内吞受体的抗体   抗 T 细胞抑制受体

 体内 CD8+细胞很好的激活   取决于疫苗构建的中度至良好的反应

 

表 2. 是表 1 中参与肿瘤疫苗策略的补充,在肿瘤肽疫苗中使用的其他的策略 

 策略

 特征

 一般结论

 Her-2 作为抗原

 针对 Her-2 表达的肿瘤  激活 CD4、CD8 细胞抗肿瘤   减少耐受 取决于肿瘤类型和疫苗构建的中度至良好的反应

 突变的 ras 作为抗原

 针对药理学耐药的 ras

 减少肿瘤生存   等待临床试验  

VEGF、VEGFR1 作为靶向  阻断血管化Ⅰ/Ⅱ类特异性肽

 减少肿瘤负荷   取决于肿瘤类型和疫苗构建的中度至良好的反应

 细胞周期抑制剂

 针对 p53 突变、周期素 b-1 的抗体

 与抗原肽联合   在结肠癌中结果较好   期待在其他类肿瘤中取得较好的结果

 针对凋亡途径的抑制剂

 肿瘤细胞耐药的存活素作为靶标  诱导耐药细胞凋亡   有效的清除肿瘤细胞   取决于肿瘤类型和疫苗构建的中度至良好的反应

 诱导自噬或免疫反应

 使用自噬体诱导剂加肽疫苗  通过治疗或自噬体的激活减少肿瘤负荷   提高肿瘤肽疫苗的免疫反应   暂无临床试验证明

 针对调节性 T 细胞  使用 FoxP3 作为抗原减少肿瘤附近的调节性 T 细胞  预实验结果:非特异性减少调节性 T 细胞 此疫苗需与其他肽抗原联合使用

 正如之前提到的,大多肽类疫苗是在方法学预测意图下发展的,使用此技术,大多研究模型包括黑色素瘤和肾癌。第一个临床试验使用蛋白 MAGE1(黑色素瘤相关抗原)。免疫蛋白组学评估的结果涉及多个抗原表位。

 1. 肿瘤肽疫苗的设计方法

 第一个报告处理一个 12 vs. 4 MHC-I 肽链型疫苗的有效性,二期试验纳入 IIB-IV 期的黑色素瘤患者。尽管如此,并未记录明显的临床效益;结果是细胞毒细胞中γ-IFN 产生增多,因此,该疫苗对接种的抗原能产生细胞毒反应。然后,设计了新的多表位疫苗克服抗原丢失或新表位的产生。

 Slingluff 和同事在一个随机的二期临床试验评估 12 vs. 4 MHC-I 肽疫苗的有效性。尽管包含 12 肽的疫苗与破伤风辅助肽、GM-CSF 和 Montanide ISV-51,可诱导强烈的 CD8 反应(高γIFN 产物和反应), 与三肽混合物(结合 Montanide ISV-51 并包含 GM-CSF、IFN-α2b 或两者都有)相比并没有引起明显的临床获益。然而 12 肽的制备是安全的,并且肽类间对 MHC-I 的表达没有竞争性。

 Kirkwood 等分析了 115 位接种疫苗的Ⅳ黑色素瘤患者的数据显示,T 细胞活化决定于肽类表达(也就是 IFN-γ的分泌),与患者生存率提高相关。在疫苗制备中添加细胞因子,并不会增加,相反,它可能会降低,循环 CD4 和 CD8 细胞数。这些结果与调节性 T 细胞数增加相反。

 由于 CD4 激活可能增强 CD8 细胞毒性反应,几个学者在疫苗的制备中添加了 CD4 激活肽。Slingluff 等对比了 175 位Ⅳ期黑色素瘤患者接种疫苗后的 CD4 +和 CD8 + T 细胞的反应:1)单用 12 肽 MHC-I 抑制疫苗;2)上述疫苗结合:a)破伤风肽或,b)6 个黑色素瘤辅助表位;3)只包含 6 个黑色素瘤 MHC-II 辅助表位。尽管在组 1 和组 2 均观察到 CD8 +激活,但存活率没有增加。

 另一方面,包含特异性黑色素瘤辅助肽的疫苗与存活率增加相关。因此,CD8 +及 CD4 +细胞的最佳激活效应并非只是评估 CD8 +细胞数量,似乎体内的疫苗效应更能说明细胞毒活性。一些研究人员发现使用特异性黑色素瘤肽疫苗 HLA-A2 和 HLA-A24 可致树突状细胞活化诱导最佳的反应。尽管结果较微弱,一个使用这种方法包括给药途径的有趣的新研究领域已经开始。

 设计了其他包含 TAA 和 TSA 的几个肿瘤多肽疫苗疗法是为了攻击几个靶点:1)血管内皮生长因子受体 1(VEGFR1)治疗一些肿瘤;2)吲哚胺-2、3-加双氧酶(IDO)治疗 HLA-A2 +肺癌症患者;3)磷脂酰磷酰聚糖-3 肽治疗肝细胞癌;4)多肽疫苗治疗卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌和胆道癌。

 联合治疗是有用的,如黑色素瘤试验及几个模型中所述的,目前为止遇到的结果仍很有前景。

 另一个重要的问题是疫苗的接种方法,因为取决于给药途径,抗原表达可能受损,也可能丢失或无效。佐剂的使用也影响疫苗的给药途径。因此,设计抗肿瘤疫苗并非易事。

 2. 肿瘤肽疫苗的接种

 在不同的临床试验中, 肽和疫苗的接种方法有好几种。根据疫苗组成和肿瘤特征选择皮内注射、肿瘤内注射和皮下注射。此途径的目的是到达淋巴结再通过传统的抗原递呈细胞生成标记的、非耐受的免疫反应。目前的一个假说认为淋巴滤泡中的树突状细胞是肿瘤抗原表达的关键,因此,参与有效的抗肿瘤反应。

 树突状细胞激活被用于不同的抗肿瘤疫苗模型中。首先在体外模型中起动抗原、再输注到患者体内,此方法是有前途的但却很昂贵。

 还有是直接使用针对树突状细胞表面内吞受体的抗体或使用抑制分子交叉激活树突状细胞从而起到最佳免疫反应,最后使用针对树突状细胞受体的配体-多聚糖。抗 T 细胞抑制性受体抗体,PD-1 和 CDTA4 或激活性配体 CD154,增强肿瘤内疫苗的免疫反应,表明肿瘤旁针对性的激活树突状细胞能有效地递呈特异性抗原,并阻断肿瘤旁耐受的树突状细胞。

因此,将上述疫苗组合起来将增强对肿瘤的特异性免疫反应并克服免疫耐受。

 在 CEA 和 Her-neu 表达的乳腺癌和结肠癌患者中使用免疫增强剂 Montanide 以及 GM-CSF、伴侣蛋白(热休克蛋白)已部分获得成功。另外,疫苗诱导 IFN-γ产生,但临床反应并不如预期的一样大。为了提高有效的临床反应,几个组织制备的疫苗会减少肿瘤细胞的复制,或者相反,通过激活凋亡和自噬体通路增强细胞死亡。考虑到大多数使用的化疗影响上述途径可能致临床反应大幅增加。

 为了克服调节性 T 细胞和诱导自噬小体的形成,Walter 等设计了疫苗接种计划,包括肾细胞癌患者。他用 9 个 HLA-A2 抑制肽构建了一个疫苗,并用免疫组化实验重新验证,患者在环磷酰胺治疗 3 天后及皮内注射 IMA901 和 GM-CSF 前接种。使用该抗原患者的细胞毒性 T 细胞反应与疾病发展受限及生存期延长相关。

 存活率增高是由于肿瘤微环境中调节性 T 细胞减少。其他几个重要原因是前面提到的疫苗的构造。

 结合肽疫苗中还常用到细胞周期抑制剂,细胞凋亡或自噬小体诱导物。在一些肿瘤中可常见到 p53 突变、细胞周期蛋白 B1 以及其他调节细胞周期的激酶,这些可能成为研发抑制肿瘤生长并促进免疫根治的有趣靶点。现已生成一些针对 p53 的疫苗。此外,蛋白凋亡抑制剂,如存活素常连同 p53 突变,也会增强肿瘤生存,是肿瘤治疗的有用靶点;已经有一些疫苗指向存活素及其变异搭档。

 Tsuruma 和其同事评估乳腺癌患者予 Montanide ISA-51 加或不加存活素肽疫苗的效果的Ⅰ期试验。尽管这项试验的临床反应并不如预期,但结果提供了使用其他佐剂生成复合疫苗的新方法。最近,Lennerz 对实体肿瘤患者的研究显示了有趣的结果。

 对结肠癌患者接受混合疫苗治疗,比较了 Kameshima 和其同事报道的良好结果(含有 Montanide、 IFN-α、生存素肽)与 Zeestraten 等涉及的混合物(长 p53 肽、IFN –α,这类肿瘤细胞周期抑制和细胞凋亡诱导的关键)。最可能的是,此设计及两者的结合(最近已发表的数据并无联合使用的报道)能有效的减少肿瘤负担和增强免疫反应。

 其他有趣的方法是肿瘤表面表达的部分碳水化合物。目前已开始使用碳水化合物分子拟态,如在肿瘤细胞上加上肽类表位增强剂来提高肿瘤细胞上聚糖肽类的免疫原性。此外,对肿瘤细胞聚糖蛋白表达的构象分析和去卷积分析已经揭示了新的可能靶点。例如,粘蛋白家族的蛋白质和多糖脊的不同似乎取决于癌症类型及阶段。

 研究显示,一般来说, 黏液蛋白在肿瘤组织中并无大幅变动,而是其碳水化合物一部分有所不同,包括在肿瘤患者中看到的抗聚糖蛋白的循环抗体。因此,为癌症治疗结合肽和碳水化合物从而建立有效的疫苗,这是一个有趣的想法。

 佐剂和递呈系统

 佐剂和呈递系统是疫苗有效的重要元素。在其他传染病疫苗中使用新的佐剂和乳剂是有用的。一批不同的佐剂已经用于临床或正进行临床试验。伴侣蛋白和其他 Toll 样受体及 PAMP 受体的使用相对有前景。其中非乳剂疫苗已递交并制定成 DepoVax™(DPX)作为细胞毒反应的有效感应器用于卵巢癌、乳腺癌或前列腺癌的治疗。

 虽然这个想法仍处在初期,但已经有人提出将纳米颗粒和纳米乳作为肿瘤内的递呈抗原用于抵抗抑制分子的单克隆抗体。

 近况和进展

到目前为止,已经有很多关于癌症疫苗的研究,不幸的是,他们中的大多数都没有成功。或许有人认为,在临床试验中,涉及的患者类型是复杂的,通常已接受过一些治疗并且存在部分免疫缺陷。结果是临床试验的结果很难标准化。尽管事实如此,新方法已经较有前景:它们可以提高病人的生存,减少肿瘤负担。未来的评估可能促进新疗法或联合治疗诞生。

 结合肽能连同细胞通路的抑制,细胞周期或抑制剂受体一起表达特定的抗原,以及高效的抗原表达代表新的有前途的治疗性疫苗。在佐剂、呈递系统和纳米技术方面的进一步的研究还可以增强疫苗疗法的有效性。超过被不同的 HC 识别的抗原及可以提高疫苗治疗的更过的普遍的肿瘤抗原的构造,在运行结束时,可能是诱导有效的抗肿瘤免疫反应的最简单而有效的方法。

 肿瘤治疗是条漫长的路,人群肿瘤发病率的增加应该提醒当局以促进新的和简单的方法去降低这个可怕疾病的发病率。希望一个光明的未来比预计的还要近。

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