黑素瘤免疫治疗概述

第一节　黑素瘤免疫治疗概述

肿瘤免疫治疗是运用免疫学原理，采取主动或被动的方式来增强机体的抗肿瘤免疫应答，以达到抑制肿瘤生长、清除肿瘤细胞目的的方法。2011年之后，肿瘤免疫治疗已逐渐成为医学领域的研究热点（图7-1）。肿瘤免疫治疗主要由三大部分组成：①非特异性免疫治疗，主要是指使用重组白细胞介素-2（interleukin-2，IL-2）及干扰素等细胞因子，激活或促进患者免疫细胞杀伤功能的治疗；②主动特异性免疫治疗，主要是指使用自身肿瘤细胞、肿瘤蛋白、多肽片段或肿瘤载体制成肿瘤疫苗来免疫患者，激活自体免疫，从而增强抗肿瘤效应的治疗；③被动免疫治疗，包括过继性细胞免疫治疗以及单克隆抗体治疗（见扩展阅读1）。

抗肿瘤免疫反应是一系列逐步发生的事件（图7-2）。简言之，肿瘤细胞的坏死或凋亡诱导肿瘤抗原的释放，所释放的抗原通常被抗原呈递细胞（antigen-presenting cells，APCs）捕获。随后，APCs在主要组织相容性复合体Ⅰ（major histocompatibility complex Ⅰ，MHC-Ⅰ）类分子和主要组织相容性复合体Ⅱ（MHC-Ⅱ）类分子上呈现抗原肽，以激活淋巴结中的未成熟T细胞。活化的T细胞通过T细胞受体（T cell receptor，TCR）和MHC抗原肽复合物之间的相互作用进入肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME），并靶向肿瘤细胞。肿瘤特异性T细胞一经识别，可通过诱导细胞凋亡来清除肿瘤细胞。肿瘤细胞的死亡导致额外的肿瘤抗原的释放，从而进一步加强肿瘤免疫周期的后续循环。以上过程称为肿瘤免疫循环。在肿瘤免疫周期中，存在众多发挥作用的因素，这为肿瘤的治疗提供了广泛的潜在治疗靶点（见扩展阅读2）。

目前，美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准用于黑素瘤免疫治疗的药物如下：细胞因子IL-2；免疫检查点抑制剂，如伊匹单抗ipilimumab（Yervoy），其作用靶点为细胞毒性T细胞相关蛋白4（cytotoxic T lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4），帕博利珠单抗pembrolizumab（Keytruda），其作用靶点为程序性细胞死亡蛋白1（programmed cell death protein 1，PD-1），及纳武单抗nivolumab（Opdivo），其作用靶点为PD-1。相关内容在前文中已详细介绍，请参照第2章第2节。

除了已获得美国FDA批准的免疫治疗药物外，还有一些新的黑素瘤免疫治疗药物正处于研究阶段，如单克隆抗体varlilumab、单克隆抗体MGA271、细胞因子和肿瘤疫苗等（见扩展阅读3）。例如，通过靶向CD27来加强T细胞、自然杀伤细胞（natural killer cell，NK细胞）的免疫效应的单克隆抗体varlilumab正处于治疗转移性黑素瘤的临床试验Ⅰ期。CD27是T细胞的共刺激受体，属于肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor a，TNF-α）受体超家族成员，在T细胞的生存、活化及NK细胞的增殖、细胞毒活性中发挥重要作用。抗B7-H3的单克隆抗体MGA271目前正处于黑素瘤治疗的临床试验Ⅰ期。B7-H3是B7受体家族成员，表达于APCs和其他非淋巴组织细胞。B7-H3对T细胞的调节功能目前还存在一定的争议：一些研究表明B7-H3是共刺激受体，而另一些研究显示，B7-H3对受体有抑制效应。此外，一些细胞因子，如粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GMCSF）、IL-2、白细胞介素-15（interleukin-15，IL-15）、白细胞介素-18（interleukin 18，IL-18）、白细胞介素-21（interleukin-21，IL-21）等，均具有抗肿瘤效应，目前在黑素瘤的治疗中正处于临床试验阶段。

肿瘤疫苗是黑素瘤免疫治疗的另一重要内容，目前已经取得了一些研究进展。肿瘤细胞表面的抗原通常通过多种机制来进行修饰，抑制机体内的免疫细胞对其进行识别，阻碍了机体对肿瘤细胞的清除。黑素瘤疫苗是利用黑素瘤相关抗原（如肿瘤细胞、肿瘤相关蛋白或多肽、表达肿瘤抗原的基因）制备而成的。这些黑素瘤疫苗注射到肿瘤或患者体内后，由APCs摄取并呈递给免疫细胞，使机体T细胞致敏、活化，从而克服肿瘤引起的免疫抑制状态，增强免疫原性，产生抗原特异性细胞免疫反应来杀伤黑素瘤细胞，进而抑制黑素瘤的生长、转移及复发。MAGE、gp100、Melan A、NY-ESO等是常用于制备黑素瘤疫苗的肿瘤抗原，它们能够激活黑素瘤抗原特异性免疫反应来诱导机体抗黑素瘤效应，有望成为黑素瘤免疫治疗的有效靶点。

APCs是指能够摄取、加工处理抗原，并将处理过的抗原呈递给T细胞的一类免疫细胞。树突状细胞（dendritic cells，DCs）是一类功能最强的抗原呈递细胞，是肿瘤免疫治疗的启动子和重要靶点，在固有和适应性免疫激活中发挥着重要作用。DCs主要通过两种途径介导抗原呈递：①通过胞吞作用摄取外源性抗原蛋白，蛋白分子在溶酶体中降解为多肽片段，并由MHC-Ⅱ类分子呈递给辅助性T（T-helper，Th）细胞，如CD4+T细胞；②通过降解DCs胞质中的内源性抗原蛋白，降解所产生的多肽片段与MHC-Ⅰ类分子结合，呈递给CD8+T细胞，从而激活CTLs，进一步浸润肿瘤组织，识别肿瘤细胞表面表达的MHC-Ⅰ抗原复合物，启动对肿瘤细胞的杀伤。诱导肿瘤特异性CTLs的产生并对肿瘤细胞特异性杀伤是实现肿瘤有效免疫治疗的重要途径。同时，活化的CD8+T细胞不仅能够直接杀死肿瘤细胞，还可获得持久的记忆表型，对预防肿瘤的复发具有重要意义。此外，CD4+T细胞通过增强肿瘤部位CTLs的克隆性扩增和促进记忆表型的产生和维持，促进有效的抗肿瘤反应的获得。DCs通过MHC-Ⅰ/Ⅱ类分子的抗原呈递诱导Th细胞和CTLs的产生和活化，这已成为肿瘤疫苗临床试验的理论基础。

根据黑素瘤抗原的不同，黑素瘤疫苗可分为肿瘤抗原肽疫苗、肿瘤相关抗原疫苗和肿瘤DNA疫苗。以多肽为抗原而形成的疫苗称为肿瘤抗原肽疫苗，其可通过活化DCs来激活患者自身的免疫系统，从而产生针对黑素瘤细胞的主动免疫反应。黑素瘤抗原肽疫苗在杀伤肿瘤细胞的过程中具有特异性高、毒副作用很小等优势。肿瘤相关抗原（tumor-associated antigen，TAA）是由肿瘤细胞产生的抗原，可在宿主内触发免疫反应。全肿瘤细胞裂解物（tumor cell lysate，TCL）作为肿瘤抗原已被应用于肿瘤疫苗的研制。与特定的蛋白或者多肽肿瘤抗原相比，全肿瘤细胞来源的抗原在肿瘤疫苗中具有诸多优势：可通过诱导CTLs反应和CD4+T细胞的活化来提供潜在肿瘤抗原的全面来源，其所包含的多种肿瘤抗原可同时靶向肿瘤细胞，从而避免肿瘤抗原缺失导致的免疫豁免。然而，含有抗原和细胞因子的可溶性肿瘤细胞裂解物本质上是不稳定的，容易产生DCs摄取不良、抗原交叉呈递效率低和CTLs反应诱导受限等问题。

基因相关的肿瘤免疫治疗已成为许多癌症治疗研究的热点方向，具有从源头上有效地治疗疾病、消除或预防遗传性疾病的能力，在黑素瘤治疗中表现出了巨大的潜力。DNA疫苗涉及使用抗原编码的DNA诱导免疫反应，在癌症和传染病领域已得到了广泛的应用。DCs是人体内最有效的抗原呈递细胞，在DNA疫苗中发挥着重要作用。抗原编码的DNA需要被体内的APCs（如DCs、巨噬细胞和B细胞）识别，随后利用其蛋白酶体复合物来转染APCs，并将表达的抗原蛋白切割成小肽片段，最后将所得的小抗原片段与MHC-Ⅰ类和MHC-Ⅱ类分子结合，并呈递给T细胞。同时，DCs表面相关的甘露糖受体（mannose receptors，MRs）可识别细胞表面或病原体细胞壁上的多种糖分子，通过参与受体介导的吞噬作用来维持内环境的稳定，并将固有免疫与适应性免疫结合，构成机体的免疫防御系统。此外，从分子水平上干预肿瘤信号转导通路可为抗肿瘤治疗提供一种新思路。PUMA（p53上调的凋亡调控因子）是Bcl-2蛋白家族中的一员，是p53的下游基因，具有促凋亡作用。PUMA可诱导多种肿瘤细胞凋亡，从而抑制肿瘤细胞增殖。

近年来，发展预防或治疗性疫苗的策略主要包括改善体内特定DCs的抗原呈递效率和延长疫苗活性两个方面。随着人们对肿瘤免疫反应认识的深入和肿瘤免疫治疗的迅速发展，免疫佐剂作为一种免疫增强剂在肿瘤疫苗设计中得到了广泛的应用。免疫佐剂可非特异性地通过上调免疫细胞表面分子的表达、促进固有免疫应答等方式增强机体特异性免疫。有效的肿瘤疫苗需要合适的佐剂来增强抗原呈递效率、抗原免疫原性和抗原诱导的免疫效应。抗原和免疫佐剂的共呈递有望增强肿瘤特异性T细胞的免疫应答，可降低肿瘤免疫逃逸的可能性，并减少对单一抗原的免疫耐受性。Montanide ISA 51和720是被临床认可的免疫佐剂，通过刺激体液免疫反应和细胞免疫反应增强肿瘤细胞的免疫原性。另外，单磷酰脂质A（monophosphoryl lipid A，MPLA）是一种Toll样受体4（Toll-like receptors 4，TLR4）激动剂，通常被用于增强抗病毒和抗肿瘤的免疫反应。APCs中TLR的刺激可激活细胞内信号通路，最终诱导炎症细胞因子、趋化因子、干扰素和协同共刺激分子的上调，为T细胞刺激提供适当的环境。然而，MPLA具有较长的疏水性烷基链，这导致其水溶性较差，且限制了其在肿瘤疫苗中的广泛应用。因此，开发更高效的载体用于肿瘤抗原和免疫佐剂的共呈递具有重要的意义。

与传统疗法相比，用于黑素瘤治疗的免疫疗法在客观缓解率、疾病进展时间和患者总生存率等方面有了相当大的改善。然而，不同的免疫疗法也各有其局限性。例如，在免疫检查点阻断方面，免疫疗法取得了前所未有的成功；但不幸的是，只有小部分患者对免疫疗法有反应。临床结果表明，只有15％的患者可响应伊匹单抗，不超过40％的患者响应抗-PD-1（antiprogrammed cell death protein 1，aPD-1）/程序性死亡因子配体1（programmed death-ligand 1，PD-L1）抗体。肿瘤相关抗原疫苗存在稳定性差、半衰期短和在血浆中容易降解、基因片段摄取率低、易被核酸酶降解等问题。此外，由于不可控的组织累积和不确定的免疫治疗药物的组成及生物活性，大多数免疫治疗策略面临免疫相关不良事件的风险，如低钾血症、垂体炎、心肌炎、糖尿病和甲状腺功能障碍等。当发生免疫相关不良事件时，许多患者不得不停止治疗，这进一步限制了免疫治疗的效果。因此，提高免疫治疗反应率、减少毒副作用对免疫治疗具有重要的意义。

生物医用高分子材料的发展及其在黑素瘤免疫治疗中的应用为清除黑素瘤免疫治疗的各种障碍带来了希望。例如，高分子材料可防止抗原肽被蛋白酶降解；可在抗原和免疫佐剂的共呈递中控制抗原的释放并延长抗原的呈递时间；可作为基因载体，增强结构可塑性、精确性；可抵抗核酸酶降解，增强基因的稳定性和降低毒性等。除了通过包封肿瘤抗原和基因来辅助黑素瘤的免疫治疗外，对于其他黑素瘤成分，辅助使用生物医用高分子材料也可强化机体特异性免疫应答从而起到有效的抗肿瘤作用。将黑素瘤免疫治疗与生物医用高分子材料结合，可将现有利用黑素瘤抗原、基因片段和其他黑素瘤成分进行免疫治疗的方式进行优化，有望解决黑素瘤免疫治疗的现存问题。