机体抗肿瘤免疫的机制
免疫反应分为固有性免疫和适应性免疫。固有性免疫能够区分属于器官的正常组织和新遇到的非自身蛋白或异常细胞,因此,任何非自身物质,无论是起源于病毒感染、肿瘤转化,还是来源于另一个个体都会被效应细胞(如巨噬细胞、自然杀伤细胞等)非特异性识别并降解。适应性免疫是抗原特异性T、B 淋巴细胞受到抗原刺激后被激活,并增生、分化为效应细胞,最终发挥清除病原体或肿瘤细胞的作用。无论是固有性免疫,还是适应性免疫,都能对肿瘤细胞产生免疫应答。
(一)肿瘤抗原
肿瘤相关抗原(tumor associated antigen,TAA)通常分为3类。第1类是肿瘤特有抗原。它们多数是由肿瘤细胞变异基因产生,其产物有可能在肿瘤发生发展过程中起重要作用。典型的例子就是基因突变可使癌基因活化或使抑癌基因失活,这种突变基因产物一方面能诱导和维持肿瘤的恶性表型,另一方面也为免疫治疗提供了良好的靶抗原。目前已在肺癌、黑色素瘤、大肠癌、胰腺癌等肿瘤中发现该类抗原。第2类是过度表达的抗原。该类抗原实际上在多种组织和细胞上有表达,但在恶性肿瘤中过度表达,通常是那些在正常情况下不表达的基因在转录水平上被重新激活产生的。典型的例子是人表皮生长因子受体2(HER-2),它在细胞生长、增生、黏附和移动等生命活动中起重要作用,约30%的乳腺癌高表达HER-2,在肺癌、卵巢癌、结肠癌、胰腺癌和前列腺癌等恶性肿瘤中也发现有不同程度的表达。该类抗原还包括癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)、甲胎蛋白(alpha-fetoprotein,AFP)等。第3类是来源于肿瘤起源组织的分化抗原。这些抗原在某些特定的组织中表达,因此也可出现在该组织来源的肿瘤细胞上,并且可能在肿瘤细胞上有更高的表达。另外,病毒相关肿瘤中的病毒产物同样能够对免疫系统产生强有效的刺激,引起免疫反应。
(二)T 淋巴细胞
T 淋巴细胞对控制具有免疫原性的肿瘤细胞的生长起重要作用。T 淋巴细胞并不能直接识别肿瘤抗原分子,而是需要抗原呈递细胞(antigen presenting cell,APC)摄取肿瘤抗原,将其处理成抗原多肽,并与主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex,MHC)分子结合表达于APC 表面,才能被T 淋巴细胞识别。T 淋巴细胞活化需要双信号,第一信号来自T 淋巴细胞受体(T cell receptor,TCR)与MHC 分子/抗原肽复合物的特异性结合,TCR 不仅要识别抗原肽,还要与MHC 分子相匹配,称为MHC限制性。T 淋巴细胞活化的第二信号为协同刺激信号,由APC 和T 淋巴细胞表面黏附分子之间的相互作用产生,其中最重要的是B7与CD28分子之间的相互作用。第二信号对T 淋巴细胞的活化同样非常重要,若缺乏第二信号,T 淋巴细胞不但不能激活,反而处于克隆无能状态。此外,APC 分泌的细胞因子,如IL-2、IL-12等,在T 淋巴细胞的活化过程中也起重要作用。
T 淋巴细胞分为CD4+ T 淋巴细胞和CD8+ T 淋巴细胞,在抗原识别和免疫效应中分别受到MHC class Ⅱ分子和MHC class Ⅰ分子的限制。CD4+ T 淋巴细胞主要通过分泌细胞因子激活其他效应细胞,诱导炎症反应发挥抗肿瘤作用。CD4+ T 细胞分为Th1和Th2 2个亚群,Th1主要参与细胞免疫的调节,通过分泌IL-2、IFN-γ、TNF 等细胞因子,激活CD8+ T 细胞、NK 细胞和巨噬细胞,增强其杀伤能力,或促进靶细胞MHC class Ⅰ分子的表达,提高其对细胞毒性T 淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL)的敏感性;Th2主要参与体液免疫的调节,通过分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10等细胞因子,促进B 淋巴细胞的增生分化和抗体产生。
CD8+ T 淋巴细胞被认为是抗肿瘤免疫应答最重要的效应细胞。激活的CD8+ T 淋巴细胞又称为CTL,能够特异性杀伤肿瘤细胞,其杀伤机制包括:①分泌型杀伤,通过分泌效应分子(如穿孔素、颗粒酶、淋巴毒素、TNF 等)引起靶细胞的裂解或凋亡;②非分泌型杀伤,激活的CD8+ T 淋巴细胞表面表达FAS 配体与肿瘤细胞表面的FAS 分子结合,诱导肿瘤细胞凋亡。
(三)B 淋巴细胞
在肿瘤抗原的刺激下,B 淋巴细胞可被激活,并分化、增生形成浆细胞,分泌肿瘤抗原特异性抗体,介导体液免疫应答杀伤肿瘤细胞;B 淋巴细胞还能摄取、加工和呈递抗原,是体内重要的APC。体液免疫应答通过以下几种方式发挥抗肿瘤作用:①激活补体系统溶解肿瘤细胞:细胞毒性抗体IgM 和某些IgG 亚类与肿瘤细胞表面抗原结合后,发生变构并暴露出补体结合位点,以经典途径激活补体形成膜攻击复合物,使肿瘤细胞溶解,称为补体依赖性细胞毒性反应(complement dependent cytotoxicity,CDC)。②抗体依赖细胞介导的细胞毒作用:IgG 特异性结合肿瘤细胞表面抗原后,其Fc 段可发生变构,与巨噬细胞、NK 细胞、中性粒细胞表面的Fc 受体结合,并将其激活,激活的效应细胞通过释放TNF、IFN-γ 等细胞因子和颗粒胞吐杀伤肿瘤细胞,称为抗体依赖细胞介导的细胞毒作用(antibody dependent cell mediated cytotoxicity,ADCC)。③抗体的调理作用:吞噬细胞可通过其表面的Fc 受体,吞噬结合了抗体的肿瘤细胞,称为抗体的调理作用。④抗体的封闭作用:肿瘤细胞表面可过表达某些受体,与其相应的配体结合后可刺激肿瘤细胞生长。特异性抗体可通过与肿瘤细胞表面相应受体结合,阻碍其功能,从而抑制肿瘤细胞的增生。⑤抗体改变肿瘤细胞的黏附特性:抗体与肿瘤细胞表面的抗原结合后,可干扰肿瘤细胞的黏附特性,阻止其克隆形成及与血管内皮的黏附,从而有助于控制肿瘤的生长与转移。(https://www.daowen.com)
(四)树突状细胞
在没有共刺激信号的情况下,把抗原呈递给幼稚的T 淋巴细胞可以导致免疫耐受。共刺激信号可以由细胞因子或者特异性的共刺激分子产生,共刺激分子主要表达在巨噬细胞、单核细胞、B 淋巴细胞及树突状细胞(dendritic cell,DC)等APC 的表面。有效的抗原呈递是通过APC 把抗原呈递给幼稚的T 淋巴细胞。
DC 是最有效的抗原呈递细胞。DC 呈递的抗原来自内吞的抗原性物质,抗原性物质可以是可溶性的抗原甚至凋亡的肿瘤细胞。抗原性物质内吞后被DC 内部处理,加工成小肽段,然后与MHC 分子结合,并被呈递到细胞表面,同时共刺激分子表达在DC 的表面上。DC 高表达MHC 分子,这对CTL 的识别是必需的。黏附分子和共刺激分子的大量表达及T 淋巴细胞特异性趋化因子的产生,对于免疫微环境的形成极为重要,只有在这种环境下,才能引起有效的免疫应答。自身诱导耐受的肿瘤细胞一旦和DC 结合,便能引起有效的免疫应答。DC 除了在呈递抗原给CTL 方面发挥作用外,在诱导CD4+ T淋巴细胞和自然杀伤细胞反应方面同样非常重要,这使得DC 成为抗肿瘤免疫反应的枢纽,具有巨大的临床应用价值。
(五)自然杀伤细胞
自然杀伤细胞(natural killer cell,NK cell)具有很强的杀伤肿瘤能力,其杀伤作用无肿瘤抗原特异性和MHC 限制性,是机体抗肿瘤免疫的第一道防线。
NK 细胞无须预先致敏,可以直接杀伤恶性肿瘤细胞、病毒感染的细胞及MHC 不相容的移植细胞,这是由于NK 细胞识别它们与正常的自身组织不同。为获得这种选择性的杀伤效应,NK 细胞的活性通常是被表达于自身组织表面的自体MHC class Ⅰ分子通过特异性受体所抑制。恶性肿瘤细胞和病毒感染细胞会出现MHC class Ⅰ分子表达的下调,使NK 细胞被激活并杀伤这些靶细胞。NK 细胞的杀伤机制包括:①释放穿孔素、颗粒酶、NK 细胞毒素因子、TNF 等,使肿瘤细胞溶解破裂;②通过ADCC 发挥抗肿瘤作用。ADCC 是清除细胞内病原体和肿瘤细胞的一个重要方法。在这种情况下,抗原通常以跨膜蛋白的形式表达于细胞表面,并且被抗体的抗原结合部位识别,然后抗体的尾部结合到NK 细胞和巨噬细胞的Fc 受体上,从而产生一个活化信号,并最终导致靶细胞的裂解。
NK 细胞能够产生一系列细胞因子,包括IFN-γ、TNF-α、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF)、巨噬细胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor,M-CSF)、IL-2、IL-3、IL-5和IL-8等。NK 细胞分泌的细胞因子能够影响CD4+辅助性T 淋巴细胞反应,并激活巨噬细胞,从而影响适应性免疫反应的进程。NK 细胞还可以激活B 淋巴细胞产生抗体,甚至发挥APC的功能,以MHC class Ⅱ限制性的方式呈递抗原给特异性的T 淋巴细胞克隆,而且缺乏NK 细胞会妨碍CTL 的激活。因此,NK 细胞在调节B 淋巴细胞和T 淋巴细胞介导的免疫应答方面发挥着重要作用。
(六)巨噬细胞
巨噬细胞不仅是APC,而且还是吞噬、溶解和杀伤肿瘤细胞的效应细胞。巨噬细胞杀伤肿瘤细胞的机制包括:①活化的巨噬细胞与肿瘤细胞结合后通过溶酶体酶,直接杀伤肿瘤细胞;②活化的巨噬细胞还可分泌TNF、NO 等细胞毒性因子,间接杀伤肿瘤细胞;③巨噬细胞还通过ADCC 杀伤肿瘤细胞。