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肽疫苗的前世今生和他的工作方法

时间:2020-04-09   访问量:365

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先来说说肿瘤疫苗 



通常我们讲疫苗,多是指预防性疫苗。传统疫苗一般由两种方式制备,一种为能诱发免疫力却不致病的减毒疫苗,例如黄热病、脊髓灰质炎和麻疹疫苗或卡介苗;另一种为灭活疫苗(例如百日咳杆菌、狂犬病毒、伤寒杆菌) [1]。治疗性疫苗以多种形式出现,比如短肽或蛋白质疫苗,RNA或DNA疫苗,树突状细胞或淋巴细胞疫苗,癌细胞疫苗等,虽然经历了数年的临床试验,但是大多数未能证实有效的抗癌效应。2010年FDA批准了Sipuleucel-T (Provence®)作为治疗前列腺癌的首个疫苗,但是由于其制作工艺复杂,价格贵重,延长患者生存期较短等缺点,未能引起临床上的广泛关注。


多肽疫苗由于完全是合成的,不存在毒力回升或灭活不全的问题。特别是一些还不能通过体外培养方式获得足够量的抗原的微生物病原体。有些虽能进行体外培养,但这些病原体有潜在致病性和免疫病理作用等涉及安全性与有效性的问题。多肽作为体内引起效应细胞免疫应答形成的免疫原,将成为一种新型的疫苗,但还有很多理论和技术问题要继续研究 [1]。

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图1.免疫治疗和癌症疫苗的发展


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图2.一图了解肿瘤疫苗


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抗肿瘤肽疫苗  


2.1.      抗肿瘤肽抗原 [1]

在癌症治疗过程中,免疫治疗能够增强或恢复体内的T细胞功能。在大多数肿瘤病人体内,存在某些特异性T细胞,它们能够识别人癌细胞表面MHC(HLA)提呈的短肽抗原。这种能够诱发特异性T细胞从而清除癌细胞的短肽抗原,在正常组织中不存在,他们的产生大多数是由癌细胞DNA复制过程中的错误造成的,也有部分是因为病毒、射线和化学物质等环境因素诱发导致的 [1]。

 

活化的T细胞对肿瘤细胞的杀伤始于机体的免疫系统对肿瘤抗原性物质的识别。肿瘤抗原是肿瘤特异性免疫应答的重要靶抗原,分为肿瘤特异性抗原(TSA)和肿瘤相关性抗原(TAA)两种。TSA是只在肿瘤细胞表达,而在正常细胞中不表达的抗原分子,因此不存在宿主免疫耐受和发生自身免疫的可能。这些抗原多来源于病毒抗原,变异蛋白或是融合蛋白。相对于TSA,TAA在正常组织和肿瘤组织中均有表达,但肿瘤细胞的表达量明显高于正常组织,如CEA、AFP、CA19-9等。发生免疫耐受和自身免疫反应是此类疫苗可能潜在的问题,因此如何提高人体免疫系统对TAA特异性CTL和HTL表位的识别是多肽疫苗研究中的关键所在,而肿瘤抗原表位鉴定的发展使这个问题能得以有效的解决 [2]。


鉴别癌症患者体内的短肽抗原,可以采用快速测序技术,即同步测序患者正常细胞和肿瘤细胞的全外显子碱基序列,从而发现多个突变的碱基。每个病人的碱基突变各有不同,因而产生的新抗原也不相同。由于快速测序技术相对容易,因而为临床设计疫苗提供了方便途径。筛选新抗原的过程,简言之,就是排列出所有能够产生新蛋白的碱基序列,然后评估每一个短肽能够被HLA提呈的可能性,以及其与T细胞相互作用关系。通常可以借用NetMHC, IEDB推算方法并用辅助诊断进一步证实 [1]。

 

目前已经发现并非所有的短肽抗原都可以被自体T细胞识别,采用癌细胞外显子数据库分层过滤方法可以增加识别具有反应性的短肽抗原。选择短肽抗原时,应该优先考虑下列几个因素,碱基错配或微卫星不稳定型错配,片段缺失或插入,重复片段等阅读框架识别错误引起的新抗原,癌细胞生长动力相关的新抗原,癌细胞适应环境的新抗原,以及所有癌细胞共同表达的的短肽抗原 [1]。


2.2.      抗肿瘤肽疫苗:需重点解决提高免疫原性的问题

多肽疫苗是按照病原体抗原基因中已知或预测的某段抗原表位的氨基酸序列,通过化学合成技术制备的疫苗,它旨在激活特异性T细胞为来对抗肿瘤细胞选择性表达的抗原。如果能找到肿瘤细胞中特异的抗原,并以此氨基酸序列开发癌症疫苗,能够激活相关免疫细胞杀伤具体相同抗原的肿瘤细胞。与传统治疗相比,肽疫苗毒性低,可显着延长整体生存率并不伤害正常组织。


肽疫苗结合了一种或多种短或长氨基酸序列作为肿瘤抗原,并结合了疫苗佐剂,属于一类固定抗原的疫苗。根据对血液或引流淋巴结中T细胞反应测量,它们是最具免疫原性的方法之一。尽管可以成功诱导T细胞应答,但现有的肽疫苗在临床中诱导肿瘤消退方面有限。几项新进展有望改善肽疫苗,包括使用长肽,优化佐剂(包括toll样受体激动剂),与其他药物联用以减少肿瘤免疫功能障碍(如阻断PD-1 / PD- L1相互作用)。总之,对抗原的研究极其重要 [3] [4]。


基于肽的抗癌疫苗接种旨在利用纯化,重组的表位刺激针对一种或多种肿瘤相关抗原(TAA)的免疫反应,进而产生免疫。然而肿瘤肽疫苗受限于癌细胞固有的改变,这种改变会将抗原性最小化,改变和/或肿瘤微环境从而促进免疫抑制。已经开发出几种策略来克服这些局限性,包括使用免疫刺激佐剂,或与细胞毒性抗癌疗法联用 [5]。


2.3.      多肽疫苗的作用机制 [2] [3] [4]

T细胞的活化是多肽疫苗抗肿瘤免疫反应的关键步骤。

 

抗原特异性T细胞反应由抗原递呈细胞(APC)对抗原多肽的递呈开始。肿瘤抗原多肽必需经APC加工处理后形成HLA,才能被T细胞受体(TCR)识别,产生抗原特异性激发信号。树突状细胞(DC)是递呈作用最强的APC,大量表达诸如CD80、CD86等共刺激分子和CD83等特异性标志物的HLAⅠ类和Ⅱ类分子。DC吞噬多肽疫苗中的多肽后迁移到外周淋巴结, 并将8-10个氨基酸长度的抗原肽和HLA-Ⅰ类分子的结合物递呈给以CD8作为细胞表面标志的细胞毒T淋巴细胞(CTL)。幼稚的T细胞在APC递呈的多肽-HLA分子复合物和共刺激分子双信号的作用下转化为成熟的效应细胞,迁移到炎症、肿瘤部位从而启动了有效的杀伤反应, 通过穿孔素/颗粒酶和(或)Fas/Fas-L途径溶解靶细胞 [2]。而长度约为14-25个氨基酸的抗原肽则和HLA-Ⅱ类分子结合,然后递呈给以CD4作为细胞表面标志的辅助T淋巴细胞(HTL,Th)。Th细胞在激发和维持抗肿瘤免疫的过程中起到了重要的作用。

 

许多研究已经证实, CD4 Th细胞和DC的CD40-CD40L之间的相互作用是激发和活化CD8 CTL的关键。CD4 Th细胞通过CD40-CD40L信号途径和分泌IL-2的方法激活幼稚DC以辅助CD8 CTL反应。CD4 Th细胞识别了DC递呈的抗原后,反过来激活载有抗原的DC,一旦被活化,这些DC就可以有效的激发CD8 CTL对肿瘤抗原做出反应。CD4 Th细胞分为Th1和Th2两种类型。活化的Th1 CD4细胞分泌IL-2等细胞因子来激活CD8 CTL、自然杀伤细胞(NK)和巨噬细胞以作为抗体依赖细胞介导的细胞毒作用的效应细胞。Th2 CD4细胞分泌IL-4、I-L5、IL-6等细胞因子来激活B细胞以介导体液免疫。另外,记忆性CD4 Th细胞还在维持保护性免疫中起关键性作用。同时,CD4 Th细胞还可以释放出如IFN-γ、TNF之类的细胞因子来维持CD8 CTL的生长和增殖并协助其发挥抗肿瘤的作用 [2]。

 

不同细胞毒T淋巴细胞亚群的杀伤靶细胞机制略有不同:CD8+ CTL主要通过颗粒依赖性途径杀伤靶细胞和病原,DN CTL(CD8-CD4-)主要是通过FasL-Fas介导但无法杀伤病原体,而CD4+ CTL则可通过任一途径杀伤靶细胞 [2]。


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图3.CD8+ CTL和CD4+ CTL简化抗肿瘤免疫机制 [2]


(已完结)



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