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1、肿瘤免疫学研究某些新进展 于益芝 曹雪涛 近年来 随着免疫学基础理论研究的迅速 发展 尤其是对人类肿瘤抗原的确认及 MHC 类分子参与的抗原加工和提呈分子机制等的 深入研究 肿瘤免疫学基础理论研究以及相应 的肿瘤免疫治疗研究均取得了较大进展 由于 肿瘤免疫的进展太快且内容十分丰富 本文仅 对肿瘤免疫学领域中 肿瘤免疫诊断除外 研究 进展较突出的几个方面包括 T细胞识别的人 类肿瘤抗原 M HC分子参与的肿瘤抗原的加 工和提呈 效应细胞 主要是 CTL 的杀伤机制 以及与此相关的肿瘤免疫治疗等新进展作一简 要综述 一 T细胞识别的人类肿瘤抗原研究 肿瘤抗原的研究是肿瘤免疫学研究的中心 环节 目前
2、发现的人类肿瘤抗原有 1 肿瘤特异性抗原 有两家实验室在这方 面的工作受到广泛的关注 比利时 Boon实验 室克隆并鉴定出三个家族高度特异性的肿瘤抗 原基因 M AGE BAGE及 GAGE 这些基因常 表达于多种类型的肿瘤包括黑色素瘤 肺癌 肉 瘤 膀胱癌等细胞 但很少在其它肿瘤如脑瘤 肾癌及白血病细胞上表达 正常组织中仅有睾 丸及胎盘表达 目前 通过自体黑色素瘤细胞刺 激淋巴细胞后获得的 CTL克隆株已鉴定出由 MAGE 1 M AGE 3 BAGE及 GAGE表达的 六种肿瘤抗原 提呈这些抗原的 HLA分子及 肽段均已完全明确 这些 CTL均来自同一个具 有典型临床特征且已转移的黑色素瘤
3、患者 而 在对其他表达部分或全部抗原的肿瘤患者的检 测中 未能通过自体肿瘤细胞诱导出这样的 CT L 60 以上的白人黑色素瘤患者体内具有 一种由 MAGE或 BAGE或 GAGE表达的肿 瘤抗原 其它肿瘤如头颈部肿瘤及膀胱癌表达 的机率为 28 40 研究也表明 用其中的 任何一种抗原给睾丸癌患者体内免疫均未引起 作者单位 200433上海 第二军医大学免疫学教研 室 严重的免疫方面的副作用 Rosenberg实验室 通过对患者有疗效的 TIL克隆 从肿瘤 主要 是黑色素瘤 患者中寻找到了如下肿瘤抗原 包 括 MART 1抗原 由 118个氨基酸组成 其活 性九肽为 AAGIGILTV gp
4、100抗原 661个 氨 基 酸 其 活 性 多 肽 有 三 种 g9 154 KTWGQYWQV g9 209 ITDQVPFSV g9 280 YLEPGPV TA 酪氨酸酶 529个氨基酸 其活性多肽为 AFLPW HRLF 酪氨酸酶相关 蛋白 1 TRP 1 含 527个氨基酸 其活性多肽 为 MSLQRQFLR P15抗原 128个氨基酸 其活性多肽为 SYLDSGIHF catein 781个 氨基酸 其活性肽为 SYLDSGIHF 此外 某些 针对乳腺 卵巢及胰腺等肿瘤的 CTL可识别一 种存在于细胞表面的含有多个前后排列的 20 个氨基酸的多肽重复序列的粘蛋白 mucin 表
5、位 正常细胞上该粘蛋白中度糖基化 在这几类 肿瘤中 该多肽重复片段在糖基化后暴露出来 而被 CTL识别 且这种识别缺乏 HLA限制 近来有学者报道红白血病细胞也存在该表位并 从红白血病患者血中分离出针对该粘蛋白特异 的 CT L 这些粘蛋白抗原非常特异且无 HLA 限制 很有利于其临床应用 这些抗原尤其是免 疫活性多肽的发现为免疫治疗提供了新的方 法 如应用肿瘤多肽抗原作体内主动免疫以治 疗肿瘤患者 或应用肿瘤多肽结合到抗原提呈 细胞上用于主动性免疫治疗 或应用肿瘤多肽 体外致敏杀伤细胞进行过继免疫治疗 或以抗 原基因为目的基因进行肿瘤的基因治疗 2 分化抗原 正常黑色素细胞及黑色素瘤 细胞上
6、表达的分化抗原也能诱导自体 CTL产 生 这大大出乎许多研究者的意料 目前已克隆 出基因的黑色素瘤分化抗原有四种 Melan A Mart 1 酪 氨 酸 酶 Tyrosinase pg100 及 gp75 这些抗原多肽多可以由 HLA A2提呈 但也曾发现其他 HLA 多肽复合体 如一种酪 氨酸酶多肽是由 HLA DR提呈给 CD4 T 细 胞的 这类抗原所诱导的 CTL前体与 M AGE 69 实用肿瘤杂志 1998年 第 13卷 第 2期 等抗原所诱导的 CTL前体有明显的不同 它们 在体外被自体肿瘤细胞所识别且 T IL中也含 有这类 CTL 有关此类抗原介导的肿瘤免疫治 疗的意义尚有
7、待于进一步探讨 患者体内含有 这些 CTL前体细胞 使进一步通过主动免疫疗 法以增加体内的 CT L数量成为可能 3 某种肿瘤特异的肿瘤抗原 点突变也可 以产生被自体 CTL所识别的肿瘤抗原 最明显 的例子是点突变所产生的细胞周期素依赖的激 酶 它能阻止该蛋白与 p16结合而增加其与细 胞周期素及磷酸化 Rb结合的可能性 这导致 了 E2F转化因子的释放 该因子又激活了某些 能促使细胞进入 S期的基因 这种点突变既能 使之具有抗原性又具有致瘤性 这种点突变所 产生的肿瘤抗原对肿瘤细胞来说理应是特异 的 且体内也应存在针对这些抗原的 CT L前体 细胞 但另一方面 它们只是针对某个体的肿瘤 抗原
8、 因此很难开展以此类抗原为基础的有效 的肿瘤疫苗研究 4 共同抗原 某些能被体外所诱导的 CT L识别的肿瘤抗原的基因是普遍表达的 有 学者分离出 6种这样的基因 其中某些在肿瘤 细胞过度表达 但这类肿瘤抗原很难应用于肿 瘤的免疫治疗 二 肿瘤抗原的加工提呈及 CT L活化机制 的研究 MHC分子在抗原的加工提呈中的作用是 近年来免疫研究中的热点之一 并取得了很大 的进展 研究表明 天然的 变性的 化学修饰的 抗原均可能被抗原提呈细胞 APC 加工或酶解 处理后转变为某些多肽而提呈给 T细胞 T淋 巴细胞不能直接识别可溶性的游离蛋白抗原 只能通过 T细胞受体 TCR 识别与 MHC产 物结合表
9、达于细胞表面的多肽片段 CD4 的 T 辅助细胞识别 APC上与 MHC 类分子结合 的多肽 而 CD8 的细胞毒性 T细胞识别靶细 胞表面 M HC 类分子结合的多肽复合体 但 并非所有肽段均能与 M HC分子结合 即使已 经形成某种肽 M HC复合体 某些个体的 T细 胞库中也不一定存在能表达识别此复合体受体 的 T淋巴细胞 目前已明确与抗原识别有关的 抗原肽 M HC TCR三元体 肽及沟槽的结构特 点 对与之相关的一些结构如 TCR CD3等及 一些辅助分子如共刺激分子 粘附分子等的研 究也越来越深入 这些均为肿瘤免疫的研究提 供了理论基础 1 肿瘤抗原的加工与提呈 肿瘤抗原和其 它抗
10、原一样主要通过两条途径被加工处理和提 呈 一 M HC 类分子限制性的抗原加工与 提呈 MHC 类分子的主要作用是与抗原多肽 结合形成复合物并提呈内源性抗原给 CD8 T 细胞 诱发特异性细胞杀伤效应 它是由重链 和轻链 2 m以非共价键结合组成的二聚体 重 链的胞外部分有 1 2 3三个功能区 1及 2功能区形成了 M HC结合多肽的沟槽状结 构 大小约 1 nm 2 5 nm 1 1nm 其两端是 封闭的 最近的报道表明 CD8 同二聚体分 子与一个 HLA A2分子结合并与 2 m接触 3区上一活动的环 223 229个氨基酸 被 CD8的两个亚基上类似互补决定区 CDR 的 两个环所钳
11、制 使第二个 MHC分子不能与之 结合 内源性抗原加工过程中 完整的抗原首先 在胞浆中经蛋白酶解复合物 主要是蛋白酶体 降解成多肽 8 10个氨基酸 然后转移至内 质网 ER 腔内与新组装的 M HC 类分子结 合 其中涉及转运蛋白 TAP transporter asso ciated with antigen processing 目 前 认 为 T AP 对多肽的转运过程是 多肽首先是与 T AP分子孔样结构的胞浆区结合 ATP结合 在 T AP1和 T AP2的羧基端 经水解后导致 T AP异二聚体的构型改变 从而暴露膜内区的 结合位点 使多肽进入内质网腔 一个细胞每分 钟大约能转运
12、20 000个多肽 足够与 M HC 类分子结合 用光激活肽交联物研究发现 多肽 是通过与 TAP1和 T AP2构成的结合域结合 后才转运的 只要有微量 T AP存在即可完成 对多肽的转运 TAP对长度为 8 13个氨基酸 的多肽的亲和力最高 该长度与 MHC 类分 子结合的多肽长度相近 多肽进入 ER后 有三 种结果 直接与 M HC 类分子结合 由 HSP等进一步修剪成为与 M HC 类分子结合 的肽段 但在 ER内降解的能力较弱 迅速 地又被转运出 ER 在胞浆内 依赖于 AT P 被 进一步降解 可见 多肽经过了三重筛选 蛋白 酶体 T AP和 M HC 为分子的选择 而保证了 提呈
13、抗原的准确性和特异性 有趣的是 编码它 们的基因都位于 MHC复合体内 这表明它们 70 Journal of Practical Oncology Vol 13 No 2 1998 在进化上有共同起源 研究细胞表面自然结合 的多肽序列表明 MHC 类分子结合的多肽长 度为 8 10个氨基酸 结构上必需含有与 MHC 特异结合的多肽基序 motif 吻合的氨基酸 通 过氨基端 羧基端的保守性氨基酸的氢键紧密 地与 MHC 类分子沟槽结合 抗原多肽与 MHC 类分子结合所形成的复合物表达于细 胞表面 被 CD8 的 T细胞所识别 在此过程中 热休克蛋白 HSP 的 分子伴 侣 作用及其在肿瘤免疫
14、治疗中的意义引起了 人们的兴趣 现已发现 与肿瘤抗原相关的 HSP有 HSP70 HSP90 HSP96等 它们既可作 为抗原提呈的辅助分子 参与肿瘤抗原多肽的 加工与处理且将多肽转交给 M HC分子 还能 作为载体 将抗原直接提呈给 T 细胞 CD8 细胞 二 MHC 类分子限制性的抗原加工与 提呈 外源性的蛋白质抗原被抗原提呈细胞内吞 至细胞中的腔室结构 内质体及溶酶体 在酸 性环境中被蛋白酶等水解为抗原多肽片段 其 中仅有小部分与 M HC分子结合的多肽具有免 疫原性 在内质网中新合成的 MHC 类分子 是与 Ii invariant chain 又称恒定链 连接在一 起的 它在与多肽结
15、合前由内质网转移到内质 体腔 在腔内 Ii被降解或解离后再与抗原多肽 形成稳定的复合体 然后转运至细胞膜 在内质 体中 Ii被天冬氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶 等降解 只剩下 CLIP片段 80 104残基 依然 与肽结合槽紧密结合 随后在 HLA DM参与 下 使 CLIP从 类分子上脱落 并引导抗原肽 在 M HC中与结合槽相互作用 部分外源性抗 原也可不通过 Ii依赖性途径而与 MHC 分子 结合 而是抗原直接与胞膜表面的空载 MHC 类分子结合后 发生内化进入细胞内 在内质 体中抗原被降解为多肽 随后与再循环至胞内 的空载的成熟 MHC 类分子结合 形成稳定 的多肽 M HC 类分子复合
16、体 转运至细胞膜 这一途径中 类分子 或 链胞浆尾部对内 化的发生起了重要作用 抗原多肽与 MHC 类分子结合所形成的复合物表达于细胞表面 被 CD4 的 T细胞所识别 三 其它途径 近期的研究表明 MHC 分子对内源性和外源性抗原的提呈途径并非是 绝对的 M HC 类分子也能提呈外源性抗原 同样 MHC 类分子也能提呈内源性抗原 此 外 最近还有学者对第三类抗原提呈分子小鼠 CD1的晶体结构进行了研究 发现 CD1采用类 似 M HC 特别是 M HC 类分子 的折叠方式 与多肽连接 其结合多肽的沟槽状结构尽管窄 些 但更深 因而面积显得更大 且含有两个疏 水性的袋状结构 其极强的疏水性及多肽结合 部位的形态与人们所观察到的 CD1b和 CD1c 具有的提呈分枝杆菌胞壁抗原的功能是一致 的 2 CTL激活机制的研究 CTL的激活与 其它 T细胞的活化一样 不仅需要抗原多肽与 TCR的结合以提供第一信号 还需由非特异的 辅 助 分 子 如 共 刺 激 分 子 costimulatory Molecules 等与其相应的受体的相互作用提供 第二信号 这就是 CTL激活中的双信号学说 目前
