肿瘤免疫学

第五节　肿瘤免疫学

一、肿瘤抗原及其呈递和识别

（一）肿瘤抗原

1.基本特点是：免疫原性；特异性；免疫反应性。

2.按肿瘤抗原与肿瘤的关系

分为两类：

（1）肿瘤特异性抗原（tumor-specific antigen，TSA）：存在于肿瘤组织上而不存在于正常组织上的抗原。

肿瘤特异性移植抗原（tumor-specific transplantation antigen，TSTA）是首先通过近交系动物肿瘤移植得以证实的。将移植瘤摘除后，可使动物产生特异性地抵抗同一种肿瘤的再次攻击，从而证实存在肿瘤特异性抗原（TSA）。因采用肿瘤移植模型证实的，又称为肿瘤特异性移植抗原（TSTA）。

肿瘤相关抗原（tumor-associated antigen，TAA）：非肿瘤细胞所特有、正常细胞上也存在的抗原，肿瘤组织中只显示量的变化。

3.可作为排斥肿瘤的抗原

（1）静止基因（silent gene）的表达产物。如MAGE基因在正常情况下是关闭的，癌变细胞则将该基因启动表达，T细胞视其为非己或改变的自身物质，可产生排斥反应。

（2）分化基因的表达产物：如癌胚抗原是胚胎时期表达的产物，出生后该基因关闭。癌细胞则重新开启该基因，成为免疫系统识别的靶子。

（3）癌基因的异常高表达：如HER-2/neu，虽然在某些正常细胞也有微量表达，但是细胞表面难以测到，癌变细胞由于异常高表达，打破了免疫系统对自身抗原的耐受，成为免疫系统可识别的靶子。

（4）突变的癌基因表达产物：如正常的ras基因产物无免疫源性，癌细胞中在ras基因密码子第12或61位发生突变，形成具有新表位的p21^ras产物，而被免疫系统识别。

（5）突变的抑癌基因产物：如突变的p53可作为免疫系统识别的靶子。正常细胞表达的野生型p53一般在细胞表面难以测出，但人为地用野生型的p53多肽免疫亦可诱导细胞毒性T细胞，杀伤具有p53基因突变的肿瘤细胞。

（6）染色体易位产生的融合基因产物：如白血病细胞的原癌基因c-abl从9号染色体易位到22号染色体与ber基因连接形成ber-abl融合基因编码210kD融合蛋白（p210^ber-abl），这种蛋白可被T细胞识别。

（7）致癌病毒基因产物：如人乳头瘤病毒（humanpapillomavirus，HPV）的16和18型与宫颈癌密切相关，16型的E6、E7基因能使宫颈鳞状上皮转化为肿瘤细胞。而E6、E7的基因产物可被T细胞识别。

（8）其他：如MUC-I基因编码的与细胞膜相关的黏蛋白，在某些癌细胞中高表达，关键是糖基化不完全，而暴露出多肽骨架，成为免疫识别的靶子，并且属于主要组织相容性复合体非限制性的肿瘤相关抗原。

（二）肿瘤抗原的呈递加工

1.MHCⅠ类分子限制性抗原的加工呈递

此类分子结合的肿瘤抗原大多来源于肿瘤细胞核或细胞浆中的蛋白质或感染病毒表达的成分。完整的肿瘤抗原必须先在细胞浆内由蛋白酶体降解形成多肽，在抗原加工相关转运蛋白（TAP）转运到内质网腔中，与新合成的MHCⅠ分子（含α链和β链即β2m）结合，然后抗原肽-MHCⅠ类分子复合体被转运到细胞表面，供CD8⁺T细胞识别。

2.MHCⅡ类分子限制性抗原的加工呈递

此类分子结合的肿瘤抗原大多来自于肿瘤细胞核表面或细胞浆中的蛋白质。胞外抗原被APC细胞摄入形成内体，并逐渐成为溶酶体，抗原被逐渐降解。然后抗原小肽与内质网合成的装配好的MHCⅡ类分子（含α和β链）结合，形成复合体，转运到细胞表面，供CD4⁺T细胞识别。

（三）T细胞识别与协同激分子

T细胞通过T细胞受体复合物（TCR/CD3）对抗原进行识别。T细胞识别的是MHC I类分子或Ⅱ类分子和递呈抗原肽的复合体。单纯的抗原肽不能直接被T细胞识别。此外，由MHC I类分子递呈抗原肽时，其α3功能区与T细胞表面的CD8分子相互作用，CD8分子同时还与部分α2功能区结合。由MHC Ⅱ类分子递呈抗原肽时，其α2和β2功能区还与T细胞表面的CD4分子相互作用。

T细胞的活化除了上述识别条件外，还必须有协同激分子（costimulator）参与。在T细胞激活诱导阶段缺乏协同激信号，不仅不能活化T细胞，还会引起T细胞克隆特异性无反应性，导致免疫耐受。不同的细胞系列传递协同激信号的分子有所不同。其中包括：B淋巴细胞激活抗原（B7）、细胞间粘附分子（intercellular adhesion molecule，ICAMs）、淋巴细胞功能相关抗原3（LFA-3）、血管内皮细胞粘附分子（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）、热稳定抗原（heat stable antigen，HSA）、4-1BBL等。它们与其相应的受体结合，发挥协同激作用。

协同激分子B7为44-54kD的糖蛋白，属于免疫球蛋白超家族成员。最初发现于活化的B细胞上，它也表达于树突状细胞、活化的巨噬细胞上。除B细胞来源的肿瘤外，其他肿瘤很少表达B7。B7又分为B7-1（又名为CD80）和B7-2（又名为CD86），两者仅有25%氨基酸同源。抗原递呈细胞活化时，B7-2表达早于B7-1。B7有两种受体存在于T细胞表面，CD28低亲和力受体和细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen4，CTLA-4）高亲和力受体。CD28亦是免疫球蛋白超家族成员，是分子量为44kD的同源二聚体，在95%的CD4⁺T淋巴细胞、50%CD8⁺T淋巴细胞及CD4⁺CD8⁺双阳性的胸腺细胞表面皆有组成性表达。CTLA-4为CD28的同源分子，虽然表达量比CD28少，但它与B7的亲和力是CD28的20倍。B7传递阳性或阴性信号决定于配基，与T细胞上的CD28结合产生阳性信号，增强免疫反应；B7与CTLA-4结合则产生阴性信号，封闭CD28依赖的T细胞激活，下调免疫反应。

二、机体抗肿瘤的免疫效应机制

（一）细胞免疫

1.T淋巴细胞

（1）T淋巴细胞的标志：CD3存在于所有的T细胞中；CD4存在于辅助性T细胞中；CD8存在于细胞毒性体细胞（CTL）中。以上3种常用于T细胞的鉴定。此外T细胞还可表达CD2、CD28、CTLA-4、IL-2R、LFA-1等

（2）T细胞抗肿瘤作用的机制

①CD4⁺T细胞是MHCⅡ分子限制性T细胞，抗肿瘤效应机制为：

a.释放多种细胞因子（如IL-2、IFN）激活CD8⁺CTL、NK和巨噬细胞增强杀伤效力。

b.释放IFN-、TNF，促进肿瘤MHC-I类分子表达，增强肿瘤细胞对CTL杀伤的敏感性。TNF可直接破坏某些肿瘤；

c.促进B细胞增殖、分化，产生抗体促进体液免疫杀伤肿瘤；

d.少数CD4⁺T细胞识别某些MHC-Ⅱ类分子与抗原肽复合体直接杀伤肿瘤。

②CD8⁺T细胞是MHC-I类分子限制性T细胞，具有高度特异性的CTL，其杀伤机制为：

a.分泌穿孔素、颗粒酶、淋巴毒素、TNF等杀伤肿瘤；

b.通过CTL上的FasL分子与肿瘤细胞上的Fas结合启动肿瘤细胞的凋亡途径。

2.自然杀伤细胞（natural killer，NK）

NK不经致敏即可杀伤敏感的肿瘤细胞；IL-2、IFN可强化杀伤效应，扩大杀伤瘤谱。NK细胞质中含有嗜天青颗粒，所以又称为大颗粒淋巴细胞（LGL）。

（1）NK细胞表面标志：CD16⁺（FcγRⅢ）、CD56⁺等，

（2）NK细胞的抗肿瘤作用机制：

①NK杀伤作用受激活性受体（KAR）和抑制性受体（KIR）调节。肿瘤MHC-I类分子与抗原复合体的表达可关闭或降低NK的杀伤作用；反之则增则启动和促进NK杀伤作用。

②通过释放穿孔素和颗粒酶引起靶细胞溶解。

③通过NK上的FasL分子与肿瘤细胞上的Fas结合启动肿瘤细胞的凋亡途径。

④释放NK细胞毒因子（NKCF）、肿瘤坏死因子（TNF）杀伤肿瘤。

⑤通过ADCC作用杀伤肿瘤。

3.巨噬细胞（macrophage，MP）

（1）巨噬细胞表面标志

巨噬细胞为CD14⁺。成熟MP表达MHC-I类和Ⅱ类分子、协同刺激分子B7-1（CD80）、B7-2（CD86）和CD40，还表达CD1、CD2、CD64（FcγRI）、CD32（FcγRⅡ）、CD16（FcγRⅢ）等。

（2）巨噬细胞抗肿瘤作用

①特点

a.只有激活的MP才具有杀伤作用；

b.非MHC限制性杀伤肿瘤；

c.与肿瘤细胞周期无关；

d.放、化疗抵抗的肿瘤仍可被杀伤。

②杀伤机制

a.与肿瘤细胞膜融合，释放溶酶体直接杀伤靶细胞；

b.释放一氧化氮、TNF-α杀伤肿瘤；

c.通过ADCC作用杀伤肿瘤；

d.通过抗原递呈功能，活化T细胞发挥抗肿瘤作用；

e.释放IL-1激活B细胞产生抗体，促进T和NK抗肿瘤作用。

4.树突状细胞（dendritic cell，DC）

它是主要的抗原递呈细胞，未成熟的DC具有吞噬和胞饮作用捕捉抗原，成熟后失去吞噬功能。它虽然不参与直接杀伤肿瘤，但在诱导特异性抗肿瘤免疫中起关键作用。

（1）DC表面标志：成熟的DC高表达MHC（I、Ⅱ类）分子、协同刺激分子（B7-1、B7-2、CD40）、粘附分子CD11a（LFA-1）、CD50（ICAM-3）CD54（ICAM-1）、CD58（LFA-3）、CD102（ICAM-2）、CD62L（L-选择素）等，不表达CD14和非特异性脂酶。

（2）DC诱导抗肿瘤免疫：DC捕获的肿瘤抗原主要通过MHC-Ⅱ分子呈递给T辅助细胞，也可通过MHC-I类分子交叉呈递给CD8⁺CTL。

（3）从骨髓动员分流出来的CD34⁺干细胞，在含有GM-CSF和IL-4条件下可在体外扩增DC，TNF可促其成熟。

（二）体液免疫

B细胞及其衍生的浆细胞主要通过抗体介导体液免疫，但在抗肿瘤方面不起主要作用，甚至有免疫促进作用。

抗体抗肿瘤作用机制：

（1）补体依赖性细胞毒活性。

（2）抗体依赖性细胞介导的细胞毒活性（ADCC）。

（3）抗肿瘤抗体与肿瘤抗原结合改变肿瘤细胞生物学特性。如抗erbB/neu基因产物抗体可抑制肿瘤的增殖。

（三）细胞因子的抗肿瘤作用

1.白细胞介素（interleukine，IL）

目前发现和命名的白细胞介素有29种，其中基因重组白细胞介素2（IL-2）已成为正式的生物药物。IL-2由T细胞、NK细胞分泌，最初称为T细胞生长因子（T cell growth factor，TCGF）。它可促进CTL、NK细胞增殖，提高细胞毒效应，在体外诱导LAK细胞，并促使它们产生IFN-γ、TNF-α；促B细胞增殖、分化、分泌免疫球蛋白；高剂量IL-2可活化巨噬细胞。体内给予高剂量IL-2通常引起体温升高和血管渗漏综合征（vascular leak syndrome VLS）等副作用。

2.干扰素（interferon，IFN）

干扰素可分为α、β和γ。IFN-α和IFN-β以前称为I型干扰素，主要由白细胞、成纤维细胞等在细菌、病毒等刺激下产生。α、β干扰素有广谱抗病毒作用，促进多数细胞MHC I类分子的表达，提高巨噬细胞、NK细胞、CTL抗肿瘤作用。IFN-γ以往称为Ⅱ型干扰素，主要由活化T细胞和NK细胞产生。IFN成熟分子是由143个氨基酸组成的糖蛋白，以同源双体形式存在，分子量为40kD。它可上调多种细胞MHC I类分子、Ⅱ类分子表达，上调血管内皮细胞细胞间粘附分子-1的表达。干扰素对多种肿瘤近期疗效较好，如毛细胞白血病缓解率可达60%～90%，其次为慢性髓样白血病、淋巴瘤、Kaposi氏肉瘤、皮肤癌、肾细胞癌、神经胶质瘤及骨髓瘤等。干扰素可抑制肿瘤细胞增殖，诱导NK、CTL等杀伤细胞，协同IL-2增强LAK活性，上调抗原递呈细胞或肿瘤细胞MHC I类分子表达（IFN-可同时上调MHC I类分子和Ⅱ类分子表达），增强免疫效应。

3.肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）

分为两种，TNF-α又称为恶质素；TNF-β又称为淋巴毒素。两者都是同源三聚体。主要由单核、巨噬细胞产生。T细胞、NK细胞、B细胞、中性粒细胞、星状细胞、内皮细胞、平滑肌细胞在一定条件下也可产生TNF-α。TNF由T细胞产生。TNF-α、β两者仅有36%同源，但是，结合的受体相同，所以功能相近。TNF是重要的炎症因子，与败血症休克、发热、多器官衰竭、恶病质有关。它们在体内外均能杀死某些类型的瘤细胞，或抑制其增殖，激活免疫细胞攻击肿瘤，增强IL-2依赖的胸腺细胞、T细胞增殖能力，促进IL-2、集落刺激因子、IFN等淋巴因子产生，干扰肿瘤血液供应。另一方面，肿瘤坏死因子又可促肿瘤有丝分裂、肿瘤扩散、血管生成和恶液质。约50%肿瘤本身可产生肿瘤坏死因子，这种内源性肿瘤坏死因子可改变肿瘤对外源肿瘤坏死因子的敏感性。

4.集落刺激因子（CSF）和血细胞生成因子

集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF）中包括粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF）、巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor，M-CSF）、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）、多能细胞集落刺激因子（multi-colony stimulating factor，multi-CSF，又名白细胞介素3）。此外，红细胞生成素（erythroproietin，EPO）、干细胞因子（stcm cell factor，SCF）、血小板生成素（Thrombopoietin，TPO），它们主要促进不同类型血细胞的增值、分化。此类因子在癌症中主要用于防止和对抗放疗、化疗造成各种血细胞的下降。

三、肿瘤逃避免疫攻击的机理

（一）瘤细胞缺乏激发机体免疫系统所必需的成分

多数肿瘤抗原免疫原性较弱。宿主对肿瘤抗原的免疫应答导致肿瘤细胞表面抗原减少或丢失，从而逃避免疫攻击（称为“免疫调变”）。抗原加工呈递障碍，如抗原肽转运子（TAP）、MHC分子表达异常或无表达；肿瘤细胞表面“抗原覆盖”或被封闭；粘附分子及协同刺激分子的缺乏引起免疫耐受。

（二）免疫选择

肿瘤形成过程中免疫原性强的肿瘤被消灭，弱免疫原性的不敏感肿瘤被选择性的保留下来，并进一步发展。

（三）免疫抑制性细胞

肿瘤抗原特异性和非特异性抑制细胞主要来自调节性T抑制性细胞（Treg）和抑制性巨噬细胞等。Treg为CD4⁺CD25⁺的T细胞，人们还发现Treg表达CTLA-4和Foxp3。临床肿瘤患者体内Treg比例较正常人高。Treg可抑制IFN-γ、IL-2的成生，抑制CTL抗肿瘤的作用。活化的单核细胞、巨噬细胞既可增强抗肿瘤免疫，又可产生免疫抑制因子，如前列腺素E2（PGE2）抑制淋巴细胞的增殖，抑制NK和T细胞的杀伤效应。抑制性巨噬细胞是否为特异分化阶段的巨噬细胞，还是巨噬细胞某个亚群尚不清楚。

（四）淋巴因子产生异常与Th1/Th2漂移

1.Th1和Th2细胞特点：CD4⁺T辅助细胞分为两个亚类Th1和Th2。活化的Th1产生的细胞因子以IL-2、IFN-γ、TNF-β等为主，强化细胞免疫；活化的Th2产生的细胞因子以IL-4、IL-5、IL-6、IL-10等为主，促进体液免疫。两者的前体细胞为Th0。Th0分化的方向取决于某些细胞因子（如IL-4、IL-12等）。

2.肿瘤宿主Th1/Th2偏移，Th2型细胞因子占优势，不利于抗肿瘤细胞免疫。

（五）免疫抑制因子：

肿瘤来源的免疫抑制因子：肿瘤细胞可产生IL-10、TGF-β、PGE₂抑制NK和T细胞抗肿瘤作用。

可溶性IL-2受体（IL-2R）：除了Treg细胞和巨噬细胞产生免疫抑制因子外，活化的T细胞、NK、巨噬细胞膜上的IL-2R游离下来成为可溶性IL-2R（SIL-2R）。它竞争结合IL-2而干扰了IL-2免疫增强功能。

（六）免疫细胞功能异常

荷瘤宿主外周血获得的树突状细胞往往对抗原递呈有障碍。肿瘤患者T细胞CD3分子的链常常表达下降或缺失，导致T细胞的活化障碍。

四、瘤免疫学诊断

肿瘤标志物通常是指由肿瘤组织自身产生的，可反映肿瘤存在和生长的一类生化物质。其中包括：肿瘤胚胎抗原、异常糖基化蛋白抗原、激素、酶、胺和癌基因产物。肿瘤标志物临床应用参考如表4.4所示。

表4.4　肿瘤标志物临床应用参考

六、肿瘤免疫治疗

（一）肿瘤疫苗

有肿瘤细胞疫苗、基因修饰的肿瘤细胞瘤苗、肿瘤抗原多肽瘤苗、富集肿瘤抗原多肽的DC瘤苗、肿瘤细胞与DC或B细胞融合疫苗、基因疫苗等。

（二）细胞过继免疫治疗（adoptive immunotherapy）

这是指把自身或异体的具有抗肿瘤活性的细胞输入肿瘤患者体内治疗肿瘤的方法。如淋巴因子活化的杀伤细胞（LAK）、肿瘤浸润性淋巴细胞（TIL）、细胞因子诱导的杀伤细胞（CIK）等。前两者杀伤作用不受MHC限制；TIL实质是CTL细胞，其杀伤作用是MHC限制性的。

（三）抗体相关的治疗

1.用人源化或人鼠嵌合抗体体内注射，杀伤或诱导肿瘤凋亡。如：抗Her-2/neu抗体、抗CD20抗体等。

2.抗肿瘤独特型抗体作为肿瘤疫苗。

3.抗体导向治疗：抗肿瘤抗体经过化学修饰与效应分子（如毒素、放射性核素、抗癌药物等）偶联，这些偶联物可定向浓集在肿瘤部位，选择性杀伤肿瘤，降低效应分子的毒副作用。为了降低人抗鼠抗体（HAMA）反应，可应用基因工程方法对鼠源性抗体进行人源化改造。

（四）生物反应调节剂（biological response modifiers，BRM）治疗

应用可调节活化免疫效应细胞，促进免疫效应分子的产生，促进肿瘤凋亡的动物、植物、微生物提取的物质治疗肿瘤或作为肿瘤治疗的辅助用药。如：OK-432、胸腺肽、香菇多糖、细胞因子等可增强抗肿瘤免疫功能。