综述：免疫系统与肿瘤

综述：免疫系统与肿瘤BIOX.CN2004-10-1922:47:25来源：北京大学人类疾病基因研究中心二十世纪初，PaulEhrlish即提出“异常胚系”（AberrantGerms）的概念，认为“异常胚系”---即肿瘤细胞，在机体内是经常发生和存在的，因为有了免疫系统的“不断检查”（KeepinCheck），机体才幸免于难。因此，从这个意义上讲，可将肿瘤与移植物等同视之，免疫系统是可以识别肿瘤并可对其发生应答。这引发了人们通过激活免疫系统达到抗肿瘤目的的尝试[22]。二十世纪50年代，Prehn和Klein等采用近交系小鼠研究化学致癌剂诱发的肿瘤时，发现肿瘤表面确实存在特异性移植抗原，机体的免疫系统能识别并对它们产生免疫应答。二十世纪70年代，Burnet提出“免疫监视”理论，认为机体的免疫系统能够通过细胞免疫机制识别并清除癌变的异常细胞。现在的研究已经表明，免疫系统对肿瘤存在特异性和非特异性应答，其机制十分复杂，涉及多种免疫细胞及其分泌的产物，包括T淋巴细胞、NK细胞、NC（NaturalCytotoxicityCell）细胞和巨噬细胞等免疫细胞介导的特异或非特异的细胞免疫，抗体介导的体液免疫以及补体、细胞因子的抗肿瘤作用，它们相互影响，相互调节，相辅相成，共同完成免疫监视功能。然而，尽管机体有如此多样的抗肿瘤免疫效应，但肿瘤仍可在体内发生、发展，且随着其进展，反过来可抑制机体的免疫功能，其机制包括：诱导抑制性细胞的产生；诱导体液抑制因子的分泌；肿瘤细胞自身分泌一些具有免疫抑制作用的产物，甚至侵犯其引流的淋巴结导致机体局部（早期）乃至全身（晚期）的免疫功能低下等。这说明肿瘤具有一系列的机制对抗机体的免疫系统。因此深入研究肿瘤与免疫系统相互对抗的机理，有助于对肿瘤生物学特性的全面了解，同时可为肿瘤的生物疗法提供理论依据。一、肿瘤细胞的免疫逃逸机制：尽管机体内具有一系列的免疫监视机制，但仍难以阻止肿瘤的发生和发展，因为肿瘤细胞也可通过多种机制逃避机体的免疫攻击。现将各种可能机制综述如下：（一）、肿瘤细胞缺乏激发机体免疫系统所必需的成分在肿瘤免疫过程中，T细胞的免疫功能起关键作用。可溶性肿瘤抗原经抗原提呈细胞(APC)摄人后加工成短肽，然后经MHC-Ⅱ类抗原提呈而激活CD4+T细胞，通过分泌细胞因子促进CD8+细胞的特异杀伤作用。而肿瘤细胞表面的肿瘤抗原在肿瘤细胞内加工为小肽后提呈于表面的MHC-Ⅰ类分子直接激活CD8+T细胞。肿瘤细胞可能通过多种机制逃逸T细胞的免疫监视。1、肿瘤的抗原性弱及抗原调变大多数肿瘤抗原的免疫原性很弱，不能诱发有效的抗肿瘤免疫应答。另外，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，从而肿瘤细胞不被免疫系统识别，得以逃避宿主的免疫攻击，这种现象称为“抗原调变”(AntigenModulation)。这一理论在小鼠白血病细胞系中得到证实，该细胞系经抗体、补体处理后，缺失了细胞表面的胸腺白细胞抗原(TL抗原)。抗TL抗原的抗体与肿瘤细胞结合后，细胞表面出现斑点，抗原分布改变直至该抗原消失。在其他实验中亦发现抗TSTA（TumorSpecificTransplantationAntigen，肿瘤特异性移植抗原）的类似作用。将肿瘤细胞与特异抗体或者CTLs共同培养，也可以迅速诱导该现象的发生。抗原调变这一现象在生长快速的肿瘤普遍存在。抗原调变可由于细胞内化作用或抗原抗体复合物脱落所致。这种肿瘤细胞表面抗原丢失仅反映肿瘤细胞表型的改变，经调变的细胞再次进入原宿主，抗原将重新诱发抗体产生。已知病毒可以通过抗原调变逃避抗体和T细胞的识别，BaiXF等的研究首次发现，肿瘤细胞也能经此途径逃避T细胞的识别。他们用单克隆和多克隆的转基因CTLs（特异识别天然肿瘤抗原P1A）与肿瘤细胞共培养，发现在该CTLs的选择压力下，P1A抗原可发生突变，最后变得不易被CTLs识别。其机制有多种，包括：改变MHC分子和抗原肽间的相互作用；影响TCR对MHC分子：抗原肽复合物等[23]；MakkiA等发现，一些非主要肿瘤抗原发生调变，对于肿瘤的逃逸也起着重要作用。他们选用ovalbumin(OVA)转染的EL4细胞（E.G7）接种裸鼠，结果不但未能像预期的达到排斥肿瘤的作用，反而促进了其生长。检测表明，肿瘤的生长并非是因为OVA或者MHCI抗原缺失，因为转染OVA特异的转基因T细胞，或者用OVA（或热变性的OVA）免疫小鼠，均不能激发有效的抗肿瘤免疫[24]。某些非补体固定的抗肿瘤抗体可保护肿瘤细胞免受补体激活抗体的溶瘤作用。实验证明，当CTL识别的肿瘤抗原被封闭后，则有利于肿瘤的生长和转移。目前对抗体诱发的抗原调变报道较多，但T细胞免疫应答引起的细胞抗原调变尚未明确[25]。另外，在肿瘤细胞某一抗原并非肿瘤细胞生长所必须，则该抗原表达阴性的克隆获得生长优势，这一现象称为免疫选择（Immunoselection）。有些移植肿瘤也有抗原缺失的现象，同时生长加快，转移趋势增加[1][26]。2、MHC分子表达异常小鼠和人类的MHC从功能上都分有I、Ⅱ、Ⅲ类基因，在免疫应答过程中具有控制同种移植排斥反应、免疫应答、补体生成等复杂的功能。特别是MHCI类分子是CTL细胞功能所依赖的。在多数肿瘤中，MHC-I类分子表达明显减少或丢失，致使CTL对肿瘤细胞上的抗原不能识别，从而肿瘤细胞得以逃避宿主的免疫攻击。特别是那些维持某种肿瘤恶性表型肿瘤特异抗原。在小鼠和人类肿瘤均已发现有MHC-I类抗原缺失的例子，若将MHC-I型基因转染细胞株，则后者的成瘤性及转移率即减低或消失。病毒可下调MHCⅠ类抗原的表达，并且病毒抗原可与一些肽链组装，从而阻断其向CTLs的呈递。如12型腺病毒在体内致瘤的同时，可导致机体细胞的MHC-Ⅰ类分子表达减弱，可以视做肿瘤细胞在免疫选择压力下的演进[1]。而EIA基因缺陷型腺病毒，则不出现这种现象。将12型腺病毒转化的细胞用IFN-γ处理，以上调MHC-I类分子，或转染适当的MHC-I类基因，可减弱其致瘤性。Gross白血病病毒感染小鼠可诱发胸腺瘤，研究表明，虽然这种高度恶性的胸腺瘤H-2D基因表达正常，然而缺乏H-2K，将H-2K基因人工转染该细胞后，可明显降低其在正常小鼠体内的致瘤性，但对其在裸鼠体内的生长和转移能力无影响。由此可以认为，向肿瘤细胞转染MHC-I分子是通过影响宿主的T细胞免疫反应而杀伤肿瘤，而不是直接改变肿瘤的生物学行为[27]。在人类肿瘤，通过研究转移性黑色素瘤、乳腺癌及结肠癌的HLA-Ⅰ类抗原的表达时发现，这种肿瘤均有HLA-Ⅰ类抗原下调。许多肿瘤，如恶性黑色素瘤、结直肠癌、乳腺癌、胃癌、卵巢癌、绒毛膜细胞癌、前列腺癌和膀胱癌等细胞系中检测出异常HLA抗原表达。Hawmerling首先提出HLA-Ⅰ型抗原减少或消失的肿瘤患者预后较差，而且转移率较高。然而不同的肿瘤有各自特定的HLA-Ⅰ类分子等位基因的丢失，而不是所有的HLA-Ⅰ基因缺失[28]。由于MHCI分子在抗原呈递和NK细胞功能调节中的作用，迄今为止，认为其表达的变化与肿瘤免疫逃逸关系紧密，Garcia-LoraA等的研究表明，MHCI分子表达下调普遍存在于人类肿瘤，该变化为T细胞对肿瘤细胞的免疫选择的结果；动物实验表明，在进展期的肿瘤细胞，MHCI分子表型和免疫原性变得不易被免疫系统识别，这种变化非常明显[29]。值得重视的是体外肿瘤细胞表达的MHC-Ⅰ类抗原的量低于体内相应的肿瘤细胞所表达的量，因为MHC-Ⅰ类抗原的表达水平可以通过细胞因子如IFN-γ、TNF进行调节。体外由病毒转化的细胞，可以由已转化细胞显示MHC-I型分子持久降低或丢失。MHC-I类抗原表达减少或消失与肿瘤细胞去分化有关，使T细胞识别肿瘤抗原受阻，不能引起有效的杀肿瘤效应[30]。Ⅲ、肿瘤细胞表面“抗原覆盖”或被封闭“抗原覆盖”是指肿瘤细胞表面抗原可能被某些物质所覆盖，如肿瘤细胞可表达高水平的唾液粘多糖或表达肿瘤激活的凝聚系统，这两种成分均可覆盖肿瘤抗原，因而不能被宿主的淋巴细胞所识别，因此不能有效地被杀伤。肿瘤抗原可以经糖基化等方式隐藏，这一过程称为抗原遮蔽（Masking）。如与其他细胞相比，肿瘤细胞大量分泌富含铝酸的粘多糖；另外，肿瘤细胞还可激活凝血系统，导致纤维蛋白的产生，隐身于纤维茧（FibrinCocoon）中，“作茧自保”；抗肿瘤抗体与肿瘤细胞表面的抗原结合，但未能激发免疫应答，反而对肿瘤细胞起到了“保护伞”的作用，即通常所说的“封闭抗体”[1]。诸多研究结果表明，荷瘤动物和肿瘤患者血清中含有起免疫抑制作用的可溶性物质。这些物质能阻止免疫细胞对肿瘤的杀伤作用；抑制淋巴细胞对有丝分裂原的增殖反应，从而对肿瘤的生长具有促进作用。这些因子主要分为两大类：一类为封闭因子；另一类为血清急性期反应蛋白和正常血清免疫抑制因子。封闭因子的本质一般认为可能有三种：1.封闭抗体，可附于肿瘤细胞表面，遮蔽肿瘤表面抗原；2.可溶性抗原，可封闭效应细胞的抗原受体；3.肿瘤抗原抗体复合物，可经抗体与肿瘤表面相关抗原结合封闭肿瘤细胞；亦可经抗体的Fc段与Tc、NK等细胞的Fc受体结合，阻断这些细胞对肿瘤细胞的攻击。早在二十世纪50年代，NathanKaliss等在用肿瘤作为移植物进行小鼠同种异体的移植研究时，即发现小鼠的抗肿瘤血清对移植肿瘤细胞具有保护作用。进一步的研究结果表明，这是因为抗体阻断了受体免疫效应细胞对肿瘤表面H-2抗原的识别，从而使肿瘤得以在组织相容性抗原不同的个体内存活[31]。Hellstrom在总结前人工作的基础上，提出了“封闭因子”的概念，认为某些肿瘤抗血清不仅不能使肿瘤消退，反而阻断了杀伤细胞对肿瘤细胞的细胞毒作用，促进了肿瘤的发展。该作用被称做免疫促进作用（ImmunologicEnhanced）。这一理论为Manson等的研究所证实。其基本实验过程如下：采用具有免疫原性的小鼠肿瘤为研究对象，将其植入同源小鼠体内，在植入部位观察到B细胞和T细胞。最初，肿瘤激活的CTL对肿瘤有杀伤作用；肿瘤生长两周后，再取出肿瘤细胞，与肿瘤激活的CTL混合，发现CTL不能对肿瘤细胞产生细胞毒作用。经检测发现，肿瘤细胞表面覆盖了一层免疫球蛋白，经鉴定为IgM，正是该抗体阻断了杀伤细胞对肿瘤细胞的细胞毒作用；并且，肿瘤细胞表面包被的IgM的量，与杀伤细胞的杀伤活性成反比[32]。近期的一些研究也发现，肿瘤患者体内的抗体对于肿瘤细胞的生长具有保护和促进作用[33]。研究发现，循环免疫复合物（CIC）和肿瘤的可溶性抗原同样具有封闭因子作用。如Baldwin等研究用氨基偶氮化合物诱发的大鼠肝癌模型时，荷瘤鼠的血清与效应细胞培养后，可阻止后者的特异性杀伤作用。而用诱发成功的肿瘤细胞致敏的大鼠血清则对效应细胞无抑制作用，加入可溶性的肿瘤膜表面抗原后，抑制活性再次出现。值得注意的是，单有肿瘤膜表面抗原时，抑制作用并不明显，只有肿瘤膜表面抗原与高水平的抗肿瘤抗体混合，抑制作用才明显上升[34]。临床发现众多肿瘤患者血清中抗原抗体复合物水平都有不同程度升高。BugisSP发现，头颈部肿瘤患者血清中抗原抗体复合物能有效抑制LAK细胞对K562细胞的杀伤活性[35]。可见，特异性封闭因子是一种可溶性因子，能阻碍针对肿瘤抗原的免疫反应，使之不能有效地杀伤肿瘤细胞。其化学本质可能是抗体、抗原或两者复合物，系肿瘤诱导的产物。血清急性期反应蛋白和正常血清免疫抑制因子也参与介导了荷瘤动物和肿瘤患者体内的肿瘤非特异性免疫抑制，在血清蛋白电泳中，处于а-球蛋白区域和в-球蛋白区域。在此不予赘述。Ⅳ、肿瘤细胞抗原加工途径缺陷或改变Restifo等人研究了26种不同的人类肿瘤细胞系的抗原加工能力。他们用重组的痘苗病毒瞬时表达鼠的MHC-I类Kd分子。三种人类小细胞肺癌细胞始终不能将内源性蛋白呈递给对Kd限制性的痘苗病毒特异性的细胞毒性淋巴细胞。生物化学的分析提示这些细胞系不将MHC-l分子从胞浆内质网转移到细胞表面。这些肿瘤细胞的LMP-1，LMP-2，TAP-l，TAP-2四种抗原加工和提