医学免疫学/生物应答调节与免疫治疗

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医学免疫学

医学免疫学目录

一、生物应答调节剂的概念

早已发现,机体对抗原的特异免疫功能可以通过抗体免疫细胞转移给其他个体,称为被动免疫疗法,或过继免疫疗法(adoptive immunotherapy)。近30年来,免疫学研究的一个重要进展,是确认为免疫系统本身,包括免疫器官、免疫细胞、免疫分子,甚至免疫分子的基因都是具有重要治疗价值的生物制剂,从而大大地扩展了过继免疫疗法的概念和使用范围。70年代中期单克隆抗体技术的建立,以及80年代开始应用基因工程技术生产的各种细胞因子,把免疫治疗推向了一个的阶段,并提出了生物应答调节剂(biological response modifier,BRM)的概念。目前BRM的概念已被广泛接受,但它本身尚无一个固定的限定范围。从目前这一概念的应用情况看,BRM主要是指免疫系统的成分和免疫应答的产物,它们从器官到基因种类很多,组成了一个大的新型药物系统。在多种疾病的免疫治疗上起重要作用。

二、生物应答调节剂的种类及生物学功能

(一)造血干细胞胸腺

一切免疫细胞都来自于造血干细胞,造血干细胞移植是免疫器官的移植。用于移植的造血干细胞主要来自于骨髓和胚肝细胞。造血干细胞移植可重建受者的造血与免疫功能,在临床具有重要的治疗价值。目前,骨髓和胎移植已是治疗各种血液系统疾病、遗传病放射病以及某些免疫缺陷病的重要手段。

胸腺是T细胞分化、成熟的重要免疫器官。胸腺移植已被用于治疗由于先天胸腺发育不良的免疫缺陷患者。

(二)单克隆抗体与导向药物

1.单克隆抗体(monoclonal antibody,McAb)抗体作为免疫治疗的生物制剂,在临床应用已有一个世纪。长期以来,抗体主要来自于经抗原免疫的异种劝物(如马)的血清。由于一种抗原(如细菌)有多个不同的抗原决定基,每一个抗原决定基都可以被一个B细胞克隆所识别,并产生出针对它的抗体,因此这种异种免疫血清中含明的抗体是多克隆抗体(polyclonalantibody)。多克隆抗体的一个明显缺点是特异性较差。针对一个抗原的多克隆抗体与其他抗原发生叉反应的现象是很普遍的。用淋巴细胞杂交瘤技术,已可以大量制备针对任何抗原决定基的单克隆抗体。其中一些具有治疗价值。如抗T细胞及其亚类的抗CD3、抗CD4、抗CD8单克隆抗体,它们在移植排斥及某些自身免疫病的应用中,已取得了明显的疗效。抗各种细胞表面分子的单克隆抗体,如抗IL-2受体的单克隆抗体,抗粘附分子的单克隆抗体都有明显的免疫调节作用,在自身免疫病的治疗,防止肿瘤转移等方面都有重要的使用潜力。

单克隆抗体的另一重要应用是肿瘤治疗。在过去10多年来,抗各种人肿瘤相关抗原的单克隆抗体得到了广泛的研究。目前,针对各种人肿瘤细胞的单克隆抗体已经大量制备出来,它们都能较特异地识别肿瘤细胞,而基本上不与正常组织起反应。抗肿瘤单克隆抗体在肿瘤的诊断及分型方面是一种有用的工具;但在肿瘤的治疗上,由于大多抗肿瘤单克隆抗体不能直接杀伤肿瘤细胞,所以单独应用肿瘤没有明显效果。

2.导向药物(targeteddrug)利用抗肿瘤单克隆抗体特异识别肿瘤细胞的特点,将它作为导向载体与各种杀伤分子,如毒素抗癌药物放射性核素等,进行化学交联,可以构建成一种对肿瘤细胞具有高度特异的强杀伤活性的杂交分子,称为导向药物。抗肿瘤单抗与毒素的交联物又称免疫毒素(immunotoxin,IT)。用于制备IT的毒素主要有:①植物毒蛋白,这类毒素主要有篦麻毒素(ricin)、相思子毒素(abrin)以及苦瓜毒素(mormordin)、商陆抗病毒蛋白(PAP)、天花粉蛋白等。它们都可以通过灭活核糖体,阻断蛋白质合成,杀伤靶细胞。②细胞毒素,主要有白喉外毒素(DT),绿脓杆菌外毒素(PE)等。它们主要通过抑制延长因子-2阻断蛋白质合成,杀死靶细胞。上述这些毒素都具有极强的毒性,1个分子的篦麻毒素进入细胞细胞就足以杀死该细胞。因此,免疫毒素是目前研究最多的导向药物。

抗肿瘤单克隆抗体与抗癌药物的交联物,又称免疫交联物(immunoconjugate)。用以制备这类导向药物的抗癌药物主要有阿霉素(adriamycin)、氨甲蝶呤(MTX)等。它们主要通过阻断DNA合成来杀死靶细胞。抗癌药物杀细胞作用比毒素低得多,增加抗体分子携带的药物分子数,可以增强其杀伤活性,但常会导致抗体活性的下降与丧失。这类导向药物的优点是分子较小,同时如有非特异杀伤不会有严重后果。但由于杀伤力不高,临床应用前景不被看好。

用于与抗肿瘤单克隆抗体交联的放射性核素主要有125Ⅰ、131Ⅰ、111In等。这种放射性免疫交联物可用于肿瘤的诊断与治疗。与肿瘤细胞结合的放射性免疫交联物放出的γ射线,可以用γ照像机摄像,获得清晰的肿瘤显像。此技术称为放射免疫显像(radioimmunoimaging);放射性免疫交联物也可用于肿瘤治疗。标记了大量高能核素的抗肿瘤单克隆抗体与肿瘤细胞结合后,可以通过辐射损伤杀死靶细胞及其周围的肿瘤细胞。此技术又称为放射免疫治疗( radiommunotherapy)。放射性免疫交联物在临床肿瘤的诊断与治疗上有广阔的应用前景,是目前肿瘤导向诊断与治疗的一个十分活跃,并富有成果的领域。

目前,基因重组抗体与基因重组免疫毒素都已研究成功,并在实验研究中取得了好的效果,这为大规模地生产各种单克隆抗体和导向药物奠定了基础。

(三)细胞因子及细胞因子活化的免疫细胞

1.细胞因子细胞因子是机体免疫细胞和一些非免疫细胞产生的一组具有广泛生物活性的异质性肽类调节因子,包括:①白细胞介素(ILS);②集落刺激因子(CSF);③干扰素(IFN);④肿瘤坏死因子(TNF);⑤转化生长因子(TGF);⑥小分子免疫肽,如转移因子胸腺肽等。各种细胞因子的生物学功能,请参考第六章。它们的临床治疗,目前主要有两个方面:

(1)促进造血与免疫功能重建:在放射性骨髓损伤,肿瘤放疗及化疗后以及骨髓移植后,机体的免疫功能十分低下,极易受细菌、病毒及其他致病因子的感染。大多数细胞因子除作用于成熟的免疫细胞,参与免疫应答的调节外,还具有促进骨髓干细胞增殖分化心及促进T细胞在胸腺内发育的作用。如各各CSF、EPO、IL-3、IL-6、IL-7、IL-9、干细胞因子(SCF)等都可刺激不同的造血干细胞的增殖分化。不同细胞因子之间可协同促进造血与免疫功能的重建。

(2)恶性肿瘤的治疗:一些细胞因子,如TNF本身就有杀肿瘤细胞作用。但大多数细胞因子本身并不能杀伤肿瘤细胞,但可通过增强免疫系统的功能来抑制肿瘤的生长。IL-2、IL-4、IL-6、IFN-γ等都有这种作用。但细胞因子单独应用,需大剂量,毒副作用强,因此目前认为细胞因子联合应用或细胞因子与抗肿瘤药物联合应用,可以提高肿瘤的治疗效果,减少副作用

2.细胞因子活化免疫细胞细胞因子肿瘤治疗中的另一种方法是通过体外与免疫细胞共育,以使这些细胞活化,然后再回输入患者体内,进行过继免疫细胞疗法。在这方面研究得最多的是淋巴细胞激活的杀伤细胞(lymphokine activated killercell,LAK)和肿瘤浸润淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocyte,TIL)。LAK是从肿瘤患者外周血中分离的单个核细胞,在体与IL-2共育,使之活化并增殖后,回输入病人体内,可抑制肿瘤生长。TIL是从手术切除的患者肿瘤组织中分离出来的淋巴细胞,它们在体外经IL-2活化并增殖后,再回输入患者体内,具有比LAK细胞更强的杀肿瘤活性。LAK和TIL回输体内后,必需同时应用大剂量的IL-2才能维持其活性。据国外报道,大约有20%~30%的患者对这种过继转移免疫细胞疗法有效,其中以黑色素瘤肾癌最为敏感。我国用胎脾和胎胸腺细胞经体外IL-2活化后,进行了过继转移治疗肿瘤也取得了相同的治疗效果。

(四)肿瘤疫苗

肿瘤疫苗与传统疫苗在概念上不同,它主要不是用于肿瘤的预防,而是通过瘤苗的接种来刺激机体对肿瘤的免疫应答来治疗肿瘤。由于人肿瘤相关抗原的免疫原性很弱,不足以有效地刺激机体的免疫应答,因此单纯用自身或同种肿瘤细胞作瘤苗治疗肿瘤的效果不好。用肿瘤细胞卡介苗佐剂联合应用,能提高免疫应答效果,在一些晚期肿瘤患者取得了一定的治疗效果。说明用肿瘤疫苗激发机体的抗肿瘤免疫应答是完全可能的。

目前,肿瘤疫苗主要有二类:第一类对肿瘤抗原表位性质的研究,导致了肿瘤分子疫苗的产生。具有肿瘤抗原决定基的肽疫苗和多糖疫苗已在研制,有的已在临床试用。此外,利用某种抗独特型抗体个有抗原内影像的特点,研制肿瘤独特型疫苗的工作也在进行中。第二类,确定了抗肿瘤免疫应答的主要效应细胞TC细胞,导致了基因转染的肿瘤细胞疫苗的出现。TC细胞识别肿瘤表面的肽抗原(peptide)与MHCⅠ类分子复合物,必需要有第二信号才能活化。这个第二信号可以由TC细胞表面的CD28分子与粘附分子B7的结合来提供。B7分子主要存在于活化的B细胞和抗原呈递细胞表面。在通常性况下,肿瘤细胞合成的胞内抗原经胞内降解、处理后,形成的肿瘤肽抗原与MHCⅠ类分子结合后,共表达于瘤细胞表面。其表面的肽抗原-MHCⅠ类分子复合物被TC细胞识别,同时其表面B7分子也与TC细胞的CD28分子结合,这样TC细胞就可被活化,从而杀伤带有该肽抗原的肿瘤细胞。大多数肿瘤细胞由于没有B7分子,因此肿瘤细胞虽具有肽抗原与MHCⅠ类分子的复合物,但由于不能提供第二信号,所以不能活化TC细胞。如果用B7分子的基因转染肿瘤细胞,使之表达膜B7分子则这种肿瘤细胞就可以直接活化TC细胞,并被其杀伤。因此,B7分子又称为共刺激因子(costimulating factor)。此外,用IL-2、IL-4、IL-6、IFN-γ等基因转染的肿瘤细胞本身可以分泌这此细胞因子,导致抗肿瘤免疫应答的产生。实验研究发现,接种了这种工程化的肿瘤细胞后,原先已生长的亲本(parent)野生型肿瘤细胞也开始消退;并且以后再接种野生型的肿瘤细胞也不再生长,这说明工程化的肿瘤细胞具有典型的抗肿瘤疫苗效应。有意义的是,用放射线将这种工程瘤苗杀伤死后,仍然可以获得相同的抗肿瘤效果。这就为肿瘤疫苗的研制展示了光明的前景。

(五)肿瘤基因治疗

在疾病的基因治疗中,肿瘤的基因治疗是后起,然而进展极为迅速的领域。与其他体细胞基因治疗相比,肿瘤细胞作为基因治疗的靶细胞,具有两个优越性:其一,恶性肿瘤细胞有易识别的、较特异的表面标志(肿瘤相关抗原),因此易于体内目的基因的导向转染;第二,肿瘤细胞是基因治疗要消灭的靶子(这与其它体细胞基因治疗的目的不同),目标较单纯,所以较少难以预测的后果,较为安全。目前肿瘤基因治疗可考虑的目的基因有:①抗癌基因,如P53等;②癌基因反义链;③药物敏感基因;④细胞因子基因。转染了P53基因和癌基因反义链的肿瘤细胞,其恶性表型明显受控,出现逆转为正常细胞的征象。但肿瘤细胞是由于多基因突变的结果,单一基因的纠正前景并不看好。目前公认最有希望的是细胞因子基因治疗。因为细胞因子基因转染的肿瘤,可通过激活免疫系统来杀死肿瘤细胞,不必考虑肿瘤细胞本身恶性变的机制,易于达到治疗目的。目前困难之处在于如何将细胞因子基因在体内导向转染肿瘤细胞,这在目前还没有很理想的方法。目前采取的办法是在体外用细胞因子转染TIL细胞,使之本身能分泌细胞因子,,如IL-2等,然后将此工程化的TIL细胞回输体内,希望它能识别肿瘤细胞,并通过活化免疫系统来杀伤转移的或残存的肿瘤细胞。目前用TNF和IL-2基因转染的TIL细胞治疗晚期人黑色素瘤的临床试验已经开始,并有报告取得明显疗效。这种“体外-体内”(ev-vivo)法基因治疗的关键是基因运载细胞(ITIL细胞)能否特异识别肿瘤细胞,对此目前还有争论。

免疫治疗作为一种疾病治疗手段,至今已有一个世纪,只是在近20年才取得突破性的进展,这主要表现在两个方面:①选择性较好的强力免疫抑制剂CsA等发现,它们的临床应用使器官移植的面貌发生了革命性的变化;②生物应答调节剂的出现,大批量生产已导致一代新型药物的产生,已形成一个庞大的生物技术产业。上述研究的进展,使免疫治疗已作为一种独立的治疗手段被医学所接爱受,它们的临床应用将从根本上改变疾病治疗的面貌。免疫治疗学的进一步发展,必将对整个医学的发展产生深远的影响。

32 免疫抑制剂及免疫抑制疗法 | 主要参考资料 32
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