肿瘤免疫学 Tumor Immunology

从免疫的角度看肿瘤治疗，本篇包括了肿瘤免疫的概念介绍、肿瘤的免疫基础、肿瘤免疫治疗的最新进展等内容，部分参考了医学研究生第二版教材，适用于对免疫学科感兴趣的人群.

肿瘤免疫学 Tumor Immunology

• 关于免疫治疗的总结
  • 调动或增强机体免疫细胞活性，激活免疫反应，强化免疫防御能力，阻止肿瘤生长扩散和复发
  • 降低肿瘤微环境的免疫抑制
  • 通过重新启动并维持肿瘤﹣免疫循环，恢复机体正常的抗肿瘤免疫反应
• 肿瘤的免疫治疗
  • 简介
    • 肿瘤免疫治疗是通过人为激发和干预增强机体的免疫功能，以达到控制和杀伤肿瘤细胞的目的所采取的措施
    • 肿瘤免疫疗法目前还以清除播散的肿瘤细胞为主， 因此对于晚期负荷较大的实体肿瘤的疗效有限
    • 肿瘤的免疫治疗常需要与手术、化疗、 放疗等常规疗法联合应用
    • 先用常规疗法清扫大量肿瘤细胞后，再用免疫疗法清除残存的肿瘤细胞， 可显著提高肿瘤综合治疗的效果，并有助于防止肿瘤的复发和转移
  • 根据免疫效用机制分类
    • 肿瘤的主动免疫治疗
      • 给机体输入各种具有抗原性的瘤苗（包括细胞类、蛋白类或核酸类物质）， 刺激机体免疫系统产生抗肿瘤免疫应答的疗法
      • 对于手术后清除微小的转移瘤灶和隐匿瘤、预防肿瘤转移和复发效果显著
    • 肿瘤的被动免疫治疗
      • 给机体输入外源性免疫效应物质，如抗体、免疫细胞、 细胞因子等， 这些外源物质在体内直接发挥治疗肿瘤的作用
      • 过继免疫疗法
        • 是将异体或自体的淋巴细胞扩增后转输或经细胞因子（IL-2、TNF、IFN)、CD3单克隆抗体等处理后转输给肿瘤患者，使其在肿瘤患者体内发挥抗肿瘤作用的疗法
        • 如LAK细胞、肿瘤浸润淋巴细胞（TIL细 胞）、CD3激活的杀伤细胞（CD3AK)、肿瘤特异性T细胞受体修饰的T细胞（TCR-T）和 嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）等
      • 抗肿瘤抗体
        • 应用基因工程技术制备的抗体治疗肿瘤
        • 包括嵌合抗体，人源化抗体，完全人源化抗体，单链抗体、双价抗体等
    • 根据有无特异性
      • 非特异性免疫治疗
        • 没有特别明确的免疫细胞靶点，是从整体上增强机体抗肿瘤的能力
        • 如转移因子、免疫核糖核酸、胸腺肽，微生物制剂如卡介苗、短小棒状杆菌， 中药制剂中含黄芪多糖、香菇多糖、灵芝多糖等中药对肿瘤的治疗
      • 特异性免疫治疗
        • 具有明确的靶点与机制，能通过激活或者抑制靶点来实现免疫应答能力的提高和对肿瘤的清除
  • 细胞因子介导的免疫治疗
    • 利用细胞因子提高宿主免疫能力、破坏肿瘤细胞的免疫逃逸功能是肿瘤生物治疗的重要手段
    • 细胞因子的优势：没有简单剂量反应的关系，一般低剂量长期给药效果好，可延长患者寿命，不良反应轻而短暂，局部应用优于全身应用
    • 细胞因子的抗肿瘤作用主要通过3个机制
      • 直接引起肿瘤细胞的死亡程序
      • 提高免疫细胞或效应分子的数量和活性
      • 提高免疫系统对于肿瘤细胞的识别能力
    • 细胞因子主要包括六大类
      • 白细胞介素IL
        • 白介素2(IL-2)
          • 应用于肿瘤治疗最早是作为一种免疫调节剂， 能有效地恢复机体的免疫功能
          • 增强机体对肿瘤的免疫反应性，促进T细胞的增殖及B细胞的增殖和分化，诱导生成 淋巴因子激活杀伤细胞（LAK)，促进NK细胞增殖，加强NK细胞的杀伤能力
          • 单用IL-2进行治疗的研究中， 有效者为肾细胞癌和恶性黑色素瘤患者
      • 集落刺激因子CSF
      • 干扰素IFN
      • 肿瘤坏死因子TNF
      • 趋化因子Chemokine
      • 转化生长因子TGF
  • 负向免疫调控治疗
    • 免疫调节是通过增强或降低机体免疫应答功能，进而维持内环境稳定的一种重要机制
    • 多种免疫细胞（T细胞、B细胞、NK细胞、DC和巨噬细胞等）、免疫分子（抗原、抗体、补 体、细胞因子以及膜表面分子）和机体多个系统（神经、内分泌和免疫系统等）共同参与
    • T细胞在肿瘤免疫应答中起决定性作用
      • T细胞的活化不仅需要pMHC提呈的抗原特异性信号， 还受细胞表面共刺激分子的调控
      • T细胞表面存在增强TCR信号的正性共刺激分子（CD28,OX40)，抑制TCR的负性共刺激分子又作共抑制分子（PD-1,CTLA-4, Tim-3)，也称免疫卡控点
        • 细胞毒T细胞抗原﹣4(CTLA-4):作用于T细胞活化阶段
          • CTLA-4作用于免疫反应的启动阶段，表达在T细胞表面
        • 程序性死亡受体（配体）1(PD-1/PD-L1)：作用于T细胞的效应阶段
          • PD-1/PD-L1抑制剂是一类重要的免疫检查点抑制剂
          • 可表达在活化T细胞、B细胞、NK 细胞表面，主要作用于效应T
          • PD-1有2个已知配体 PD-L1 和PD-L2；采用单克隆抗体（mAb）进行免疫检查点阻断T 细胞的PD-1与肿瘤细胞PD-L1/2的结合，逆转耐受 CD8＋和CD4+T细胞的活性，恢复它们的抗肿瘤功能
            • 如果肿瘤细胞表达PD-L1，与T细胞的PD-1结合，激活SHP1/2会抑制RAS/PI3K 信号通路，阻止免疫激活，逃避免疫攻击
      • 在肿瘤组织中，负性调节的免疫卡控点占优势地位，抑制T细胞的活化； 肿瘤细胞借助免疫卡控点逃避免疫细胞攻击
    • 负向免疫调控治疗包括
      • 负向免疫调节细胞；负向免疫调节分子
• 肿瘤的免疫诊断
  • 什么是肿瘤的免疫诊断
    • 依据免疫学原理和方法，对机体是否存在着某种肿瘤及其消长变化与预后作出判断
  • 诊断手段
    • 检查肿瘤抗原或肿瘤标志物
      • 按抗原特异性主要分为两类，肿瘤特异性抗原（TSA）和肿瘤相关抗原（TAA)
      • 临床肿瘤标志物
        • 包含肿瘤特异或相关抗原，以及与肿瘤发生、发展密切相关的酶类、激素等；我们将临床常用肿瘤标志物列为肿瘤抗原范畴
        • 肿瘤标志物是指由肿瘤组织产生的反应肿瘤自身存在的化学物质，可用于肿瘤的诊断、预后和疗效观察，临床上常将多个指标联合应用
        • 分类
          • 癌胚蛋白：如甲胎蛋白AFP（肝癌、陪胎性肿瘤）、癌胚抗原CEA（直结肠癌、胰腺癌、肺癌）
          • 糖类抗原：如CA19-9（胰腺癌、消化道癌、肺癌）,CA125（卵巢癌、乳腺癌、消化道癌）
          • 酶：如乳酸脱氢酶 LDH（恶性淋巴瘤）、神经元特异性烯醇化酶（小细胞肺癌）
          • 特殊血浆蛋白：如本周蛋白BJP（多发性骨髓瘤）
          • 激素：如绒毛膜促性腺激素hCG（绒毛膜上皮癌）、促肾上腺皮质激素
      • 意义
        • 肿瘤的早期发现和诊断；鉴别良性和恶性肿瘤；提示肿瘤的发生部位和严重程度，为选择治疗方案提供依据；监测抗瘤治疗效果；预测肿瘤的复发
    • 检查抗肿瘤抗体
      • 检查方法
        • 二维聚丙烯凝胶电泳（PAGE)、蛋白质微阵列
      • 优点
        • ①显著提高检测肿瘤的特异性和敏感性；②血清自身抗体的水平变化可以对肿瘤的不同阶段进行监测；③对肿瘤进行早期诊断，有利于肿瘤的早期治疗；④和传统的检测方法相比，其假阳性非常低
    • 检查细胞免疫状态
      • 肿瘤患者免疫细胞数量或功能变化已成为判断肿瘤预后和治疗效果的重要指标
      • 检查指标
        • T细胞亚群变化
          • CD4＋和CD8+T细胞的比例和数量
        • 肿瘤相关免疫抑制性细胞的变化
          • 包括调节性T细胞（Treg)、调节性树突状细胞（RegDC）等
      • 这些免疫抑制细胞数量的显著增加，被认为是恶性肿瘤发病及免疫机制异常的主要原因之一，定期检测外周血中上述免疫抑制细胞变化，有利于了解恶性肿瘤患者的病情变化及预后判断
    • 放射免疫显像检查
      • 利用肿瘤相关单克隆抗体与肿瘤抗原结合的特异性，将抗体经放射性核素标记后注入人体而特异性识别肿瘤抗原，根据放射性核素浓聚区在体内的分布显示出肿瘤病灶部位，是一种将免疫学与影像学相结合的诊断技术
• 肿瘤的免疫逃逸机制
  • 关于免疫监视
    • 机体免疫系统可以通过细胞免疫机制识别并清除体内发生癌变的异常细胞；若免疫监视功能低下则可能发生肿瘤
    • 肿瘤细胞通过多种机制逃避宿主免疫系统的攻击，或者通过某些机制影响机体不能产生有效的免疫应答
  • 肿瘤的免疫逃逸机制
    • 肿瘤细胞免疫原性低下
      • 编码肿瘤抗原的基因发生突变或者丢失
      • 肿瘤抗原的抗原性弱
      • 肿瘤细胞表达更多的黏蛋白或多糖覆盖其表面的肿瘤抗原﹣-"抗原覆盖"或"被封闭"
      • 肿瘤细胞表面MHC-I类分子表达降低或缺失，使CTL不能识别瘤细胞表面的抗原
      • 肿瘤抗原的加工、提呈发生障碍
    • 免疫抑制增强
      • 血清中存在封闭因子，可封闭瘤细胞表面的抗原决定簇或效应细胞的抗原识别受体，癌细胞逃脱效应细胞的识别，免遭致敏淋巴细胞攻击
      • APC表面的协同刺激分子CD80,CD86及黏附分子表达下降，不能为T细胞激活提供第二信号T细胞表面的PD-1，CTLA-4等共抑制分子表达增强，抑制T细胞活性
    • 细胞免疫和体液免疫信号传导缺陷
      • 正常情况下，T细胞通过T细胞抗原受体（TCR）识别MHC分子呈递的抗原肽后，启动下游信号传导系统，激活的T细胞增殖分化，产生特异性免疫应答
      • T细胞信号转导分子表型发生改变或者表达水平下降，细胞免疫激活受阻
    • 肿瘤细胞分泌免疫抑制因子
      • 免疫抑制因子（TGF-B,IL-10 ) 下调免疫效应细胞活性，保护肿瘤细胞免受CTL的杀伤
    • 肿瘤微环境的作用
      • 环境中存在各种免疫抑制细胞：Treg、MDSC、TAM及免疫抑制因子
• 关于抗原提呈细胞
  • 树突状细胞（DC）
    • 抗原提呈细胞，来源于骨髓多能造血干细胞，细胞表面表达高水平的MHC I和MHC II分子，共刺激分子（CD80、CD86）和粘附分子（CD54、CD50)，这些分子在肿瘤免疫中发挥重要作用
    • 功能
      • 抗原提成
        • 专职APC，通过吞噬、胞饮捕捉抗原，加工后与由MHC-I类分子递交给CD8+T细胞；加工后由MHC-II类分子递交给CD4+T细胞
      • 免疫激活
        • 激活T细胞的能力是巨噬细胞和B细胞的100-1000倍；上调其表面的共刺激分子CD80/86，结合T细胞表面CD28为T细胞活化提供第二信号，自身分泌或诱导其他细胞分泌细胞因子IL12,TNF- a,IFN- y作为第三信号激活T细胞
      • 诱导免疫耐受，参与调解Treg的产生和诱导
• 体液免疫机制
  • B细胞功能
    • 产生抗体，介导体液免疫应答，同时分泌细胞因子，抗原提成
  • B细胞激活需要多信号共同作用
    • B细胞抗原受体BCR直接识别抗原
    • APC和TH2细胞（CD40L表达上调， 与B细胞表面的CD40结合）提供共刺激信号
    • TH2细胞提供分泌因子IL-4、IL-5、IL-6
  • 体液免疫一般在机体抗瘤机制中并不起主要作用
  • Breg（调节性B细胞）可以产生抑制性细胞因子和分泌抑制性抗体， 起免疫应答负调控作用
  • B细胞分泌免疫抑制因子IL-10，促进肿瘤新生血管的形成
• 关于T淋巴细胞
  • T淋巴细胞亚群、功能和意义
    • 根据所处的活化阶段分类
      • 初始T细胞（Tₙ）
        • 参与淋巴细胞循环和识别抗原，接受树突状细胞（DC）提成的抗原肽﹣主要组织相容性复合物（pMHC) 而复活，进一步分化为效应细胞，存活期短
      • 效应T细胞（Tₑ）
        • 在趋化因子作用下，迁移至炎症、肿瘤等靶组织发挥免疫效应，生存期短，在免疫应答后期大部分凋亡，少部分存活并分化为记忆细胞
      • 记忆T细胞（Tₘ）
        • 寿命长，存活数年或数十年。接受相同抗原刺激后迅速活化，介导增强的再次免疫应答
    • 根据TCR类型分类
      • αβT细胞
      • γδT细胞
        • 参与固有免疫应答
    • 根据CD4分子分亚群
      • CD4+T细胞
        • 在外周淋巴组织中占60-65%
        • 识别13-17个氨基酸的抗原肽
        • 未经抗原刺激的成熟CD4+T细胞为Th0细胞
        • 受自身MHC II类分子限制，活化后分化为Th细胞（CD4＋辅助T细胞)
      • CD8+T细胞
        • 在外周淋巴组织中占30-35%
        • 识别8-10个氨基酸的抗原肽
        • 受自身MHC I类分子限制，活化后分化为CTL (CD8＋细胞毒T细胞）
        • 具有细胞毒作用，特异性杀伤靶细胞
      • 早期胸腺T细胞同时表达CD4和CD8分子，成熟后只表达一种分子
    • 根据功能特征分亚群
      • Th细胞（CD4＋辅助T细胞）
        • Th0
          • 根据不同细胞因子影响分化为Thx细胞，产生相应的细胞因子
        • Th1
          • 增强细胞免疫，介导局部炎症反应和抗肿瘤效应
          • Th1 也是迟发型超敏反应中的效应 T 细胞，也称为迟发型超敏反应T细胞
        • Th2
          • 辅助B细胞活化，促进体液免疫，介导变态反应
        • Th3
          • 免疫抑制作用
        • Th17
          • 参与抗感染，急性炎症反应
        • 杀伤方式
          • 活化后分泌多种细胞因子，维持和增强CTL 作用， 并参与B细胞、巨噬细胞、NK细胞的激活，进而发挥抗瘤作用
          • IL-2促进CTL的增生作用及抗瘤作用，并激活NK细胞
          • IFN-r（干扰素）可激活巨噬细胞、NK细胞
          • IL-4、IL-5等可促进B细胞活化、分化和抗体的形成
          • TNF-β（肿瘤坏死因子）可杀伤瘤细胞和诱导其凋亡
      • CTL(CD8＋细胞毒T细胞）
        • 以自身MHCI类分子限制性的方式识别靶细胞表面的pMHC，特异性杀伤靶细胞，参与病原体感染、抗肿瘤免疫、移植排斥反应
        • 杀伤方式
          • 释放穿孔素，致靶细胞裂解、死亡
          • 释放颗粒酶等，借助穿孔素的孔道进入靶细胞，致靶细胞凋亡
          • 高表达FasL，分泌TNF-α，通过Fas-FasL途径和TNF-TNFR途径诱导靶细胞凋亡
      • Treg（调节性T细胞）
        • CD4＋细胞的某些亚群有显著的免疫抑制作用，称为Treg细胞：直接抑制靶细胞活化，分泌细胞因子抑制免疫应答
        • 作用机制
          • 分泌免疫抑制因子
          • 通过穿孔素和颗粒酶直接杀伤效应细胞
          • 干扰细胞代谢影响效应细胞的功能
          • 影响树突状细胞（DC）功能
  • T淋巴细胞介导的抗肿瘤效应
    • CTL抗肿瘤作用和机制
    • NK细胞介导的抗肿瘤效应
      • NK细胞在抗新生瘤、已形成的肿瘤及转移瘤中具有重要作用，是机体抗肿瘤的第一道防线
      • 无需抗原致敏即可直接杀伤敏感的肿瘤细胞，同时分泌细胞因子增强B细胞的免疫应答
      • NK细胞表面存在数十种抑制性受体和活化型受体，直接识别肿瘤细胞，同时避免正常组织受到伤害
      • NK细胞具有较广的抗瘤谱，可杀伤同系、同种或异种瘤细胞，对淋巴瘤和白血病细胞尤为有效，但对实体瘤作用较弱
      • NK细胞杀伤机制的四种方式
        • 穿孔素和颗粒酶介导的靶细胞凋亡
          • 是NK细胞发挥杀伤作用最直接最有效的方式
        • 死亡受体介导的靶细胞调亡
        • 细胞因子介导的杀伤作用
        • 抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC)
          • 由NK细胞表面的CD16(FcyRIII）介导，通过识别与肿瘤细胞特异性结合的lgG，导致自身的活化，引起肿瘤细胞的破坏
    • 巨噬细胞介导的抗肿瘤效应
      • 肿瘤组织周围有明显巨噬细胞浸润者，肿瘤扩散转移的发生率较低，预后较好；巨噬细胞浸润不显著者，则肿瘤扩散、转移率高，预后差
      • 巨噬细胞的抗瘤作用具有选择性，仅杀伤瘤细胞而不杀伤正常细胞，其杀伤效应与肿瘤的抗原结构及瘤细胞增生周期无关，且可杀伤对化疗、放疗呈抗性的肿瘤细胞
• T细胞介导的抗肿瘤作用
• 机体抗肿瘤的免疫效应机制
  • 包括细胞免疫和体液免疫
  • 通常认为细胞免疫是抗肿瘤免疫的主力， 体液免疫仅在某些情况下起协同作用
• 概念引入
  • 什么是肿瘤
    • 生物机体内正常细胞在众多内因和外因长作用下发生了质的改变从而具有过度增殖能力而形成的
  • 什么是肿瘤免疫学
    • 肿瘤免疫学是研究肿瘤抗原的种类和性质、机体对肿瘤的免疫效应机制以及肿瘤的免疫逃逸方式与机制、肿瘤的免疫诊断和免疫防治的科学
  • 肿瘤抗原的含义
    • 所谓肿瘤抗原是指细胞癌变过程中出现的新抗原或肿瘤细胞异常或过度表达的抗原物质
    • 根据肿瘤抗原的特异性分类
      • 肿瘤特异性抗原 TSA
        • 不存在于正常组织
      • 肿瘤相关抗原 TAA
        • 正常细胞也可以表达
    • 根据诱发和发生情况分类
      • 化学或者物理因素诱发的肿瘤抗原
        • 特异性强，抗原性弱
      • 病毒诱发的肿瘤抗原
        • 由病毒基因编码，抗原性强
      • 自发性肿瘤抗原
        • 无明确诱发因素，人类肿瘤多属于此类
      • 胚胎抗原
        • 抗原性弱，宿主已形成免疫耐受，不能引起宿主 免疫系统对肿瘤细胞的杀伤效应
    • 肿瘤抗原产生的分子机制
      • 细胞癌变中合成了新的蛋白质分子
      • 异常细胞蛋白的降解产物
      • 突变使正常蛋白质分子结构发生变化
      • 处于隐蔽状态的抗原表位暴露
      • 胚胎抗原或分化抗原的异常表达
      • 膜蛋白分子的异常聚集
• 本节内容重点分布
  • 掌握
    • 肿瘤抗原的概念
    • 机体对肿瘤的免疫应答机制
    • 肿瘤的免疫逃逸机制
  • 熟悉
    • 肿瘤的免疫诊断价值
    • 免疫治疗的机制
  • 了解
    • 免疫治疗的临床应用

中心主题

• 杀伤肿瘤细胞
• 识别肿瘤细胞 （细胞毒性T细胞，肿瘤细胞）
• T细胞浸润肿瘤 （细胞毒性T细胞，内皮细胞）
• T 细胞迁移至肿瘤 （细胞毒性T细胞）
• T细胞动员和激活 （抗原呈递细胞＆T细胞）
• 肿瘤抗原呈递 （树突状细胞、抗原呈递细胞）
• 肿瘤细胞抗原释放
• 靶细胞凋亡
• 效应细胞到达肿瘤病灶并浸润肿瘤组织
• 细胞活化，成为效应细胞，激活肿瘤细胞免疫
• CD4+T 细胞
• CD8+T 细胞
• 结合表面MHC II
• 结合表面MHC I
• DC捕获肿瘤抗原处理为肽段
• 肿瘤细胞调亡坏死