肿瘤免疫治疗简史、免疫系统抗癌症机制、抗肿瘤免疫反应治疗靶点及细胞类型.docx
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1、肿瘤免疫治疗简史、免疫系统抗癌症机制、抗肿瘤免疫反应治疗靶点及细胞类型目录一、研究背景二、T细胞上的免疫抑制分子三、T细胞上的免疫刺激分子(ICs)四、NK细胞上的免疫刺激分子(ICs)五、细胞免疫治疗六、来自ICB和CAR-T细胞的免疫治疗生物标志物七、其他类型的免疫疗法八、靶向抑制性的肿瘤微环境九、结论和展望癌症是高度复杂的疾病,其特点是不仅有恶性细胞的过度生长, 而且有免疫反应的改变。免疫系统的抑制和重新编程在肿瘤的发生和 发展中起着关键作用,免疫治疗的目的是重新激活抗肿瘤免疫细胞, 克服肿瘤的免疫逃逸机制。有证据表明,多种免疫治疗方法的结合可 能是提高治疗效果的途径之一。肿瘤免疫治疗的
2、总体临床反应率仍有待提高,这就需要开发新的治 疗方法和生物标志物。从过去临床和基础研究的成功和失败中学习, 对于未来研究的合理设计至关重要。研究背景肿瘤免疫治疗的历史:1974年,白细胞介素(IL) -2被发现在T细胞分化和生长中起着 至关重要的作用。T细胞的激活是抗病毒和抗肿瘤适应性免疫中的一 肿瘤细胞会通过降低MHC的表达来逃避T细胞的杀伤。3. CAR-T细胞治疗CAR-T细胞治疗是另一种ACT策略。与TCR T疗法的原理相似, 患者的T细胞配备了合成的CAR,扩展并重新注入患者体内,以产 生肿瘤特异性免疫反应(图5)o CAR被设计用于识别肿瘤相关抗原 (TAAs),其独立于MHC呈递
3、,因此使T细胞能够以MHC不受限制的 方式识别癌细胞。CAR-T细胞是通过在T细胞的质膜上表达肿瘤特异性CARS而产 生的。CARS的结构通常包括三个部分:细胞外抗原结合域、连接体/ 跨膜域、和细胞内信号传导域。细胞外抗原结合区是利用抗体、配体 和肽的序列设计的,以便与TAAs特异性结合。跨膜结构域负责连接 细胞外结合结构域和细胞内信号结构域并将其固定在细胞膜上。细胞 内信号区,包括CD3-zeta结构域和共刺激结构域,将抗原识别的信号 转发给细胞,介导T细胞的激活。CAR-T细胞治疗涉及合成生物学(CAR 设计)、病毒技术(CAR转导)和细胞制造(CAR-T细胞扩增)的整 合(图6)。CAR
4、的引入在工程T细胞中产生了肿瘤特异性激活潜力, 而体外培养和扩增允许绕过肿瘤引起的免疫抑制。因此,大量的肿瘤 特异性细胞被输回病人体内。CAR-T细胞疗法对几种类型的癌症显示 出有希望的临床结果。CAR-T细胞治疗的挑战:CAR-T细胞治疗的更广泛应用仍然面临着来自不同方面的挑战。 首先,当CAR-T细胞攻击肿瘤细胞时,可能会引起严重的副作用和毒 性,可能是致命的。其次,一些CAR-T细胞的细胞毒性不是高度肿瘤 特异性的,可能会对正常组织造成损伤。第三,大多数CAR-T细胞产 品的制造过程是耗时的,这可能会导致一些患者的肿瘤在细胞生产窗 口期进一步恶化。细胞因子释放综合征(CRS),也被称为细
5、胞因子风 暴,是CAR-T治疗最常见的不良反应。大多数CAR-T细胞的临床研 究表明,长期疗效不确定,因为癌细胞表达的各种免疫逃逸因子导致 T细胞衰老和衰竭。针对实体瘤的CAR-T细胞面临的挑战包括阻断T 细胞浸润的血管疾病,有限的TAA选择和肿瘤异质性,这导致了抗原 逃逸。CAR-T细胞在实体瘤中的应用需要进一步探索。 CAR-T细胞改良的策略:利用特异性和广泛的靶向性:CAR-T细胞的长期抗肿瘤功能因输 注后肿瘤复发而复杂化。考虑到CAR-T治疗后抗原逃逸的风险,设计 针对多个TAAs的双特异性CAR-T是可以采用的。提高CAR-T细胞的 适应度,包括活化潜能、增殖能力和生存能力,延长CA
6、R-T细胞在患 者体内的生存时间,是提高临床疗效的关键方向之一。降低制造成本:到目前为止,所有批准的CAR-T细胞疗法都使用 自体T细胞来产生治疗产品。生产这种高度个性化的疗法需要很高的 成本。除了高成本外,CAR-T细胞疗法的质量和稳定性一直是人们关 注的主要问题。自体T细胞在质量和数量上不一致,特别是在接受过 大量放疗和化疗的患者中。毒性控制:CAR-T细胞治疗显示的毒性和副作用表明需要制定一 些控制程序来调节CARS的活性。大量的方法已经被用来控制CAR-T 细胞的安全性;其中包括通过安装自杀开关快速清除注入的细胞,这 种开关可以由小分子或抗体控制。常用的自杀开关包括诱导型 caspas
7、e-9 (iCasp9)单纯疱疹病毒中的胸背激酶(HSV-TK)和自杀表位。 然而,这样的自杀开关清除了所有的治疗CAR-T细胞,从而降低了抗 肿瘤反应。因此,不清除CAR-T细胞的非细胞毒性可逆系统正在开发 中,并具有保持细胞毒性和控制毒性反应之间平衡的潜力(表l)oNK细胞治疗NK细胞是另一种重要的免疫细胞类型,可以介导直接细胞毒性。 从机制上讲,NK细胞在对抗癌症的第一道防线上发挥着关键作用, 通过两种途径介导抗肿瘤作用:通过释放穿孔后蛋白和颗粒酶或死 亡受体的直接细胞毒性,以及通过分泌激活APCs和T细胞的细胞因 子和趋化因子的调节作用。因此,除了本文前面讨论的以NK细胞上 的ICs为
8、靶点的药物外,利用NK细胞的ACT也在快速发展中。与T细胞类似,NK细胞也可以转导表达CARS。CAR-NK细胞的发 展紧随CAR-T细胞治疗的演变,CAR-NK细胞往往直接采用CAR-T细 胞的设计。由于NK的细胞毒性是由“缺失自我”的识别引发的,因此NK 细胞尤其具有杀死MHC下调的肿瘤细胞的能力。NK细胞对病毒感染 的细胞也有特殊的杀伤能力,因此特别适合于治疗HPV或EBV相关 的肿瘤。NK细胞毒性可受多种免疫抑制机制的影响,包括IL-10, 口引噪胺 2,3-双加氧酶,前列腺素E2,转化生长因子p (TGF-B)和缺氧。增强 NK细胞的细胞毒性和在体内的持久性被认为是推进NK治疗的主要
9、 方向。支持NK细胞维持的细胞因子:IL-15已被确定为增强NK细胞活 性的关键细胞因子。随着对NK细胞活化和维持的研究越来越深入, 未来的治疗方法不仅必须产生肿瘤特异性NK细胞,还必须增加其在 体内的持久性,以增强其治疗效力。4. CRISPR技术促进了细胞免疫治疗近年来,CRISPR/Cas9技术极大地提高了我们对肿瘤基因组学的 认识,并为癌症免疫治疗做出了贡献。使用该基因组编辑系统,可进 一步改造治疗性免疫细胞,以增强肿瘤识别并减少衰竭。来自ICB和CAR-T细胞的免疫治疗生物标志物1. ICB的生物标志物、PD-L1被作为抗PD;治疗的第一个生物标志物,目前,与免疫疗法 疗效相关的常见
10、或潜在的生物标志物,根据其可及性,主要有以下几 类:表面标志物,包括PD-L1和其他一些抑制性受体,可以通过肿 瘤组织的免疫组化检查。(ii)基因生物标志物,如肿瘤突变负荷(TMB)、 错配修复系统缺陷(dMMR)、高微卫星不稳定性(MSI-H)、新抗 原和抗原呈递途径的突变,这些都需要对肿瘤进行基因组分 析;(iii)循环肿瘤DNA (ctDNA),可通过分析外周血获得。这些生 物标志物中的一些已经被III期临床试验所验证,并在临床上广泛使 用。2. CAR-T细胞治疗的生物标志物到目前为止,没有生物标记物被用于指导患者,但一些CAR-T细 胞的内在和外在因素显示出与治疗反应有趣的相关性。肿
11、瘤抗原的表 达。CAR-T细胞作为一种靶向治疗,需要在肿瘤细胞上表达TAA来诱 导T细胞活性,这确实是CAR-T细胞疗效最关键的生物标志物。由于 肿瘤抗原逃逸是CAR-T细胞治疗后肿瘤复发的主要机制,也有研究发 现,下调TAA不是完全丢失,而是抑制CAR-T细胞功能。虽然CAR-T 细胞可以被设计成增加其对低水平TAA的敏感性,但TAA的表达密度 可能成为一种预测性的生物标志物。其他类型免疫疗法肿瘤疫苗:预防性肿瘤疫苗可以预防某些癌症的发展,包括预防宫颈癌的 HPV疫苗、阴道癌、外阴癌、肛门癌和尖锐湿疣以及预防肝癌的HBV 疫苗。治疗性肿瘤疫苗包括以自由肽或载于APC上的肽的形式注射肿 瘤抗原
12、,以激活免疫细胞,恢复其自主抗肿瘤能力。在临床前模型中, 治疗性肿瘤疫苗已被证实可以防止癌症生长和转移,并减少终止其他 类型治疗后的复发。肿瘤疫苗主要分为以下四种:肿瘤全细胞疫苗、 基因工程疫苗、蛋白肽疫苗和树突状细胞疫苗。新抗原和免疫疗法:新抗原是存在于癌细胞上的蛋白质片段,提 供了一种实现癌细胞特异性靶向的新方法。新抗原疫苗是根据患者的 特定肿瘤情况定制的。生产新抗原疫苗的一般步骤包括肿瘤活检, 即从患者身上提取肿瘤样本进行基因组纯化;(2)对肿瘤细胞和正常细 胞的全外显子组测序,使研究人员能够寻找肿瘤细胞中独特的突变; 特异性新抗原的预测和筛选;(4)开发个性化疫苗,这是基于预测的新 抗
13、原,可以通过多种方法实现,包括多肽、mRNA和DC。最关键和 最具挑战性的一步是患者特异性新抗原的鉴定。溶肿瘤病毒:有额外病毒感染的癌症患者通常病情恶化。然而, 病毒也可以被修改为专门针对癌细胞。这些“溶瘤病毒是通过基因组 编辑和大规模筛选产生的,其解读包括对癌细胞的裂解能力,同时保 留正常细胞。由此产生的溶瘤病毒抗原可以复制并随后溶解肿瘤细 胞,从而向肿瘤部位释放更多的病毒颗粒。因此,小剂量的病毒可以 在体内扩增。溶瘤病毒具有介导肿瘤抗原扩散的能力,可导致浸润肿 瘤的淋巴细胞增多,增强ICB治疗的抗肿瘤疗效。另一种方法是使用 溶瘤病毒作为载体,结合细胞免疫治疗。通过额外的基因工程,病毒 的细
14、胞溶解功能可以被抑制,同时允许合成分子的表达。靶向抑制性肿瘤微环境巨噬细胞:这些先天免疫系统的“士兵清除了受损、衰老和危险 的细胞,但在癌症中,巨噬细胞促进了它们的免疫逃逸,已成为药物 开发的一个重要领域。巨噬细胞有多种功能,包括清除细胞碎片和病 原体,调节炎症反应。巨噬细胞也是高度可塑性的细胞,可以根据微 环境刺激和信号从一种表型转换到另一种表型。巨噬细胞的激活状态 通常分为两类:M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞(图8)o某些M2巨噬 细胞亚群参与促进肿瘤进展和介导免疫抑制。从机制上讲,已发现肿 瘤将单核细胞和巨噬细胞招募到TME,并将它们极化为M2样表型。 巨噬细胞靶向癌症治疗的中心目标是将
15、肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)重 编程为促炎(抗肿瘤)亚型。靶向骨髓来源抑制细胞(MDSCs):MDSCs起源于造血干细胞(HSCs),是骨髓造血功能改变的结果。 这种短暂的骨髓增生在刺激物被移除后会终止,骨髓细胞的平衡也会 随之恢复。然而,在慢性炎症、癌症和自身免疫性疾病中,持续的骨 髓造血可能发生,以防止宿主广泛的组织损伤,不断产生IMCs。这 些细胞具有明显的特征,如不成熟的表型和形态,相对较弱的吞噬功 能,以及抗炎和免疫抑制功能。异常的骨髓细胞对其他免疫细胞有抑 制作用。采用表面标志物Gr-1和CDllb来定义这些免疫抑制性骨髓 细胞。在人类中,这些骨髓细胞的表型特征是CD34、CD14
16、和CD15 的表达,功能特征是它们能够抑制T细胞的激活。MDSCs是指一组异 质细胞,可大致分为粒细胞(G-MDSCs或PMN-MDSCs)和单细胞(M-MDSCs)亚型。MDSCs的存在是肿瘤进展的基本特征之一。MDSCs 发挥多种功能,影响T细胞、Treg细胞、DC细胞和NK细胞(图10)。 目前,MDSC靶向治疗大致可分为五种类型:(i)抑制MDSCs扩张和 招募的疗法;(ii)恢复正常骨髓分化的疗法;(间针对MDSCs上IC分 子的疗法;(iv)阻断MDSCs分泌的抑制性分子的疗法;(v)直接耗尽MDSCs的疗法。靶向B细胞:肿瘤相关B细胞(TABS)。肿瘤环境中的B细胞(命名为TAB
17、S)同时 具有促炎和抗炎功能,抗炎B细胞的丰富程度与黑色素瘤对ICB治疗 的耐药性相关。TAB在肿瘤组织中的第三淋巴组织结构(TLSs)中富集, 在那里它们可以被激活来识别癌细胞。肿瘤中TLSs中B细胞水平高 的NSCLC患者更有可能对免疫治疗产生良好反应。IDO是一种色氨酸代谢酶,可将色氨酸转化为犬尿氨酸,并在多 种类型的肿瘤中过度表达。肿瘤抑制基因BIN1对IDO的表达有负向 调节作用。在小鼠模型中,BIN1的耗尽已被证实能诱导IDO的表达 和对肿瘤的免疫抑制。IDO可以增强癌细胞的运动能力,抑制肿瘤靶 向T细胞的增殖和功能。IDO靶向药物在临床前模型中作为单药显示 出疗效,但与靶向CTL
18、A-4或PD-1/PD-L1的ICB联合使用可以更有效。 目前主要有四种针对IDO的小分子抑制剂正在进行临床研究:indoximod navoximod、epacadostat 和 BMS-986205。IL-41 可增 强肿瘤的侵袭性,抑制抗肿瘤免疫。靶向IL-41可能是一种新的免疫 治疗途径。腺普(Adenosine)是RNA合成的重要组成部分。然而,腺昔 也被证明可以抑制T细胞在TME中的功能。CD39是一种参与细胞外 腺首产生的酶,在各种人类肿瘤中高度表达。止匕外,TME中CD39表 达水平升高的多种细胞类型包括血管内皮细胞、成纤维细胞和一些免 疫细胞。CD39已被发现在多种免疫细胞中
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