《现代肿瘤学基础》免疫与肿瘤

《现代肿瘤学基础》免疫与肿瘤 李官成中南大学肿瘤研究所 2012-5-4

一、肿瘤抗原

概念是指细胞癌变过程中出现的具有免疫原性的许多新的大分子的总称，即细胞癌变过程中出现的新抗原及过度表达的抗原物质的总称。肿瘤抗原在诱导机体抗肿瘤免疫效应中起重要作用，可作为肿瘤免疫诊断和治疗的靶分子。

特点 1、免疫原性(immunogenicity),即能刺激机体产生免疫应答； 2、免疫特异性(specifity),即能刺激机体产生针对该抗原的特异性抗体及致敏淋巴细胞； 3、免疫反应性(immunoreactivity),即能与免疫应答产物相互作用起反应的性能。

影响免疫原性的因素 1．理化性质：相对分子质量:>10000 以上；化学组成及结构:结构复杂的蛋白质和多糖免疫原性强，核酸免疫原性弱；可降解性:抗原必须先经过降解后才能被APC 提呈给Th 细胞。 2.异物性：抗原来源与宿主关系越远，免疫原性越强。异种物质，同种异体物质，改变和隐蔽的自身物质。

3.免疫原的剂量和进入途径：低剂量和高剂量都不易引起免疫应答，强的免疫应答需要多次注射。进入途径有静脉、皮下、皮内、肌肉、或腹腔。3.免疫原的剂量和进入途径：低剂量和高剂量都不易引起免疫应答，强的免疫应答需要多次注射。进入途径有静脉、皮下、皮内、肌肉、或腹腔。 4.免疫佐剂（adjuvant）：是一些先于抗原或同时与抗原混合注射动物，可增强抗原的免疫原性，即起辅佐抗原作用的物质。影响免疫原性的因素

（一）分类 1、肿瘤特异性抗原(tumor specific antigen, TSA) : 指仅存在于某种肿瘤细胞表面而不存在于相应正常细胞或其他类肿瘤细胞表面的新抗原。在动物中，该类抗原已由移植排斥实验所证实，故TSA又被称为肿瘤特异性的移植抗原(tumor-specific transplantation, TSTA)

主要特点：具有免疫原性。 TSA能被自身宿主或者同系的免疫系统识别为外来抗原，并通过细胞或者体液免疫反应来抑制肿瘤生长，甚至杀死肿瘤细胞。

2、肿瘤相关抗原(tumor-associated antigen,TAA) 是一类存在于肿瘤细胞表面的大分子，这类物质并非肿瘤细胞所特有，在正常组织内也可能少量存在，但在细胞癌变时，其含量明显增加。制备的抗TAA异种抗血清，可以检测到带瘤宿主的肿瘤细胞或者血清中存在的这类物质，癌胚抗原是这一类肿瘤抗原的典型代表。

主要特点： a、对带瘤宿主，不具有免疫原性； b、含量的增加与某些细胞的癌变过程相关； c、在异体动物中，具有很强的免疫原性。

(二）实验性肿瘤抗原 1、化学或物理因素诱发的肿瘤抗原化学致癌剂（如甲基胆蒽、氨基偶氮染料等）或物理辐射（如紫外线、X-射线等诱发的肿瘤抗原，特异性高、免疫原性弱，个体特异性明显，人类极少患此种抗原。特征：具有个体特异性。甚至同一化学致癌物在同一宿主的不同部位诱发的两个肿瘤，其抗原性也不同。

机制：同一种化学致癌物在基因型相同的不同细胞上的作用点不同，以致所引起的突变基因不同，这可能是化学致癌剂诱发的肿瘤TSTA具有明显肿瘤特异性的主要机制。机制：同一种化学致癌物在基因型相同的不同细胞上的作用点不同，以致所引起的突变基因不同，这可能是化学致癌剂诱发的肿瘤TSTA具有明显肿瘤特异性的主要机制。

2、病毒诱发的肿瘤抗原包括病毒基因编码的抗原和病毒感染的细胞基因组编码的抗原。特征：具有共同特异性。同一种病毒诱发的不同类型肿瘤（无论其组织来源或动物种类如何不同），均可表达相同的抗原且具有较强的免疫原性。病毒整合，作为癌基因或使细胞内癌基因活化。

与病毒相关的人类肿瘤

机制 DNA肿瘤病毒：双链DNA直接整合到宿主细胞的基因组 DNA中，通过病毒的基因是宿主细胞发生转化。 RNA肿瘤病毒：含逆转录酶，可将病毒基因组转录成前病毒，前病毒再整合到宿主细胞DNA中，并转录形成病毒性RNA，翻译成病毒蛋白质向细胞膜移动，使转化的细胞出现病毒包膜抗原或者病毒胞内抗原等。

（三）人类肿瘤抗原 1、突变抗原即肿瘤细胞中突变基因编码的抗原分子。这种基因突变改变抗原肽的一个或几个氨基酸残基，导致与MHC分子结合的亲和力改变或出现新的识别表位，成为新的肿瘤特异性抗原。如MUM-1抗原和P53等这类抗原免疫原性弱、特异性强、高度异质性。

2、过度表达的抗原 组织细胞发生癌变后，多种信号转导分子的表达量远高于正常细胞。这些信号分子可以是正常蛋白，也可以是突变蛋白，其过度表达还具有抗凋亡作用，可使瘤细胞长期存活。包括：胚胎抗原、癌基因过表达抗原、过表达糖脂或糖蛋白抗原等。

胚胎抗原（fetal antigen）是在胚胎发育阶段由胚胎组织产生的正常成分，在胚胎后期减少，出生后逐渐消失，或仅存留极微量。当细胞恶性变时，此类抗原可重新合成。包括分泌性抗原和肿瘤细胞膜有关的抗原，前者由肿瘤细胞产生和释放，如肝细胞癌变时产生的甲胎蛋白(alphafetoprotein, AFP)，后者疏松地结合在细胞膜表面，容易脱落，如结肠癌细胞产生癌胚抗原（carcinoembryonic antigen, CEA）

甲胎蛋白(alpha fetoprotein, AFP) 是一种糖蛋白，在电泳谱上处于白蛋白之后，alpha1球蛋白之前。在胚胎期，AFP由肝细胞和卵黄囊细胞合成，并出现胎儿血清中；出生后，血清AFP几乎消失，但正常成人血清中也可有机微量AFP存在（4~10pg/ml）。临床意义：原发性肝癌——AFP↑↑ 儿童睾丸母细胞瘤、运动失调性毛细血管扩张症等。羊水AFP ↑：无脑畸形、开放性脊柱裂、先天性肾囊肿等。

癌胚抗原（carcinoembryonic antigen, CEA） 1965年，Gold首次自人的结肠癌和胰腺癌组织中提取的一种糖蛋白，目前已知有不同的亚类：CEA-A、M、P、S，其分子量170-200KDa。在胎儿期的消化道有大量CEA，但在发育至成人期则消失或明显减少，癌变时又上升。临床意义：消化道肿瘤（大肠癌、胃癌、胰腺癌）↑↑↑ 其它癌肿（乳腺癌、肺癌、淋巴瘤等） ↑↑ 正常人血清中亦含一定量的CEA（﹤2.5ng/ml) 正常吸烟者有20%的人有CEA含量升高。动态观察、判断肿瘤的预后、复发及转移。

癌基因过表达抗原 某些肿瘤细胞癌基因的表达产物与原癌基因的表达产物之间仅有量的差异而没有质的变化。这类抗原的相应抗原肽能与大多数MHC-I 类分子结合而诱发特异性CTL反应。

过表达糖脂或糖蛋白抗原 某些肿瘤细胞可出现膜结构改变，糖脂和或糖蛋白表达过量或结构异常，从而有助于肿瘤的侵袭和转移。在小细胞肺癌、成神经细胞瘤和黑色素瘤中发现复杂的神经节苷脂（如GD2，GD3和墨角藻糖GM1）水平升高。虽然肿瘤组织中糖基化总的变化是明显的，但是看来没有单一的变化能明显区分正常细胞和恶性细胞。而每一种类型的恶性组织都有一套明显的聚糖表达改变。

3、CT抗原 cancer-testis antigen 一类表达于某些肿瘤细胞和在正常组织限制性表达于睾丸的一类上皮源性肿瘤抗原，在许多情况下，CT抗原也表达于卵巢和胚胎滋养层细胞。在恶性组织中，由于基因表达调节失控，CT抗原在各种类型肿瘤组织中呈现不同比例的表达。包括黑色素瘤抗原（MAGE）家族、SSX家族、LAGE、GAGE 、CTp11和NY－ESO－1等

CT抗原的特点： a、几乎所有的CT抗原在肿瘤患者体内具有免疫原性，可以诱导体液免疫与细胞免疫，如NY-ESO-1、MAGA-A等。 b、CT抗原呈高度的组织限制性表达、在肿瘤患者体内具有免疫原性、可以诱导体液免疫与细胞免疫等特性，为肿瘤免疫治疗提供新的机遇。

4、分化抗原 是指细胞在分化、成熟的不同阶段出现或消失的抗原的总称。恶性肿瘤细胞通常停留在细胞发育的某个幼稚阶段，其形态和功能均类似于未分化的胚胎细胞，称为肿瘤细胞的去分化（dedifferentiation），故肿瘤细胞可表达其他正常组织的分化抗原，如胃癌细胞可表达ABO血型抗原，或表达该组织自身的胚胎期分化抗原。Melan-A、gp100和tyrosinase等属于此类抗原。

（四）肿瘤抗原的鉴定方法 一、CTL筛选法

黑色素瘤抗原基因（(Melanoma-associated Antigen Gene, MAGE）家族成员MAGE-1是由Boon等人用CTL克隆法从黑色素瘤中发现并分离出的第一个人类肿瘤特异性抗原。目前已经发现了24个MAGE家族成员，它们均位于X染色体上。根据其在染色体上分布的区域不同，将MAGE家族分为A、B、C、D、E、F六个亚家族。 MAGE家族中的A、B、C三个亚家族具有独特的表达特征：①在正常组织中，除了睾丸组织和胎盘组织外，几乎不表达；②可表达于以恶性黑色素瘤为主的多种组织学来源的肿瘤组织中。

二、重组cDNA表达文库的血清学分析

NY-ESO-1抗原基因家族 NY-ESO-1最初是由Chen等用SEREX方法从食管癌中鉴定出来的。目前发现的NY-ESO-1家族成员共有三个：NY-ESO-1、LAGE-1、ESO3。 NY-ESO-1抗原基因家族具有以下特点：①基因均定位于Xq28；②基因序列具有一定的相似性，特别是编码C末端疏水氨基酸的序列；③三者享有一致的基因组构成以及保守的内含子和外显子连接顺序。目前在肿瘤免疫治疗中应用较多的是NY-ESO-1，它具有高度的免疫原性，既能引起体液免疫反应也能引起细胞免疫反应。迄今为止已有十多种NY-ESO-1抗原表位被证实。

多肽洗脱法 cDNA示差分析技术表位预测法组合肽库技术

肿瘤抗原的生物学意义 1、肿瘤抗原是肿瘤特异性免疫应答的重要靶抗原 2、病毒相关肿瘤表达的病毒基因编码蛋白可以成为免疫系统识别此类肿瘤的重要标记抗原 3、肿瘤抗原可以作为肿瘤诊断和治疗的辅助手段，如CEA、AFP和MAGE-1等

二、抗肿瘤免疫机制

抗肿瘤作用 肿瘤消退肿瘤恶化肿瘤逃逸

机体抗肿瘤效应十分复杂，特异性和非特异性抗肿瘤机制相互交错，体液免疫与细胞免疫机制相互协调和补充，共同执行免疫监视功能。

机体抗肿瘤的免疫学效应机制，涉及多种免疫成分，特异的和非特异的。对于多数免疫原性较强的肿瘤，特异性免疫应答起主要作用；对于免疫原性较弱的肿瘤，非特异性免疫应答可能具有更重要的意义。机体抗肿瘤的免疫学效应机制，涉及多种免疫成分，特异的和非特异的。对于多数免疫原性较强的肿瘤，特异性免疫应答起主要作用；对于免疫原性较弱的肿瘤，非特异性免疫应答可能具有更重要的意义。

细胞免疫和体液免疫不是孤立存在和单独发挥作用的，它们相互协作共同杀伤肿瘤细胞，一般认为，细胞免疫是抗肿瘤免疫的主要方式，体液免疫通常仅在某些情况下起协同作用。细胞免疫和体液免疫不是孤立存在和单独发挥作用的，它们相互协作共同杀伤肿瘤细胞，一般认为，细胞免疫是抗肿瘤免疫的主要方式，体液免疫通常仅在某些情况下起协同作用。

（一）抗肿瘤体液免疫机制

B细胞应答过程 免疫原分化 CD40L CD40 BC 记忆BC 增殖 Th BC CKs 抗体分化 CKR BC 浆C BCR

抗体介导的抗肿瘤免疫应答过程

1.补体依赖性细胞毒活性（complement- dependent cytotoxicity,CDC）抗肿瘤抗体与肿瘤细胞结合形成抗原抗体复合物，抗体变构并暴露布体结合位点，与补体系统中C1q结合，从而启动补体的经典激活途经，最终形成攻膜复合体，破坏肿瘤细胞膜脂质双层，在膜上形成小孔，水进入细胞，蛋白质等生物大分子漏出，靶细胞溶解死亡。大多毒性抗体为IgG （IgG1、IgG3），CDC一般需2分子IgG参与，而IgM只需1分子参与。体外实验证明：抗体与肿瘤细胞表面抗原相结合，并激活补体系统后，能溶解分散的悬浮肿瘤细胞，但对实体肿瘤的瘤细胞并不显示明显的破坏作用。

2. 抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC）多种效应细胞如巨噬细胞、NK细胞、中性粒细胞等发挥ADCC效应，使肿瘤细胞溶解。 A 抗肿瘤抗体先与效应细胞结合，然后抗体再与带有相应抗原的肿瘤细胞结合→激活效应细胞，并杀伤肿瘤细胞。 B 抗肿瘤抗体先与肿瘤细胞形成抗原抗体复合物，然后抗体的Fc段与效应细胞的Fc受体结合→激活效应细胞，并杀伤肿瘤细胞。

3.抗体的调理作用 吞噬细胞可通过其面Fc受体而增强吞噬结合了抗体的肿瘤细胞，具有这种调理作用的抗体是IgG类。

4.抗体封闭肿瘤细胞上的某些受体 例如转铁蛋白可促进某些肿瘤细胞的生长，其抗体可通过封闭转铁蛋白受体，阻碍其功能，从而抑制肿瘤细胞的生长。

5.抗体使肿瘤细胞的粘附特性改变或丧失 抗体与肿瘤细胞抗原结合后，可修饰其表面结构，使肿瘤细胞粘附特性发生改变甚至丧失，从而有助于控制肿瘤细胞的生长的转移。

（二）抗肿瘤细胞免疫机制

CD4+T 肿瘤抗原的加工、处理及有效果递呈CD4+T细胞肿瘤细胞破碎释放出肿瘤抗原攻击肿瘤细胞细胞因子肿瘤抗原特异化的细胞毒性 T细胞（CTL）肿瘤抗原特异性 CD4+T细胞增殖辅助信号

1.细胞毒T细胞（Cytotoxic T lymphocyte,CTL) CTL是机体重要的抗肿瘤效应细胞，可直接杀伤带有致敏抗原肽-MHC分子的肿瘤细胞。 CTL大部分是CD3+、CD4-、CD8+，对靶细胞的识别和杀伤作用受MHC-I类分子限制；少数为CD3+、CD4+、CD8-，受受MHC-II类分子限制，杀伤带有相同等位型MHC-II类抗原的肿瘤细胞。

CTL作用示意图

作用机制 CTL杀伤细胞的过程分为三个阶段： a 效靶细胞结合：CTL通过其表面的TCR/CD3分子复合体与靶细胞表面的抗原肽-MHC-I类分子紧密结合，并在多种协同刺激因子参与下，通过复杂的识别、粘附、信息传递等过程，触发CTL活化并释放溶细胞介质。 b 致死性打击：通过释放的穿孔素和颗粒酶介导分泌性分泌性途径导致细胞死亡，或者FAS和TNF受体等凋亡分子介导的配体诱导的受体介导的凋亡途径导致肿瘤细胞凋亡。 c 靶细胞裂解：主要包含细胞坏死和细胞凋亡两种途径。

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