趋化因子与肿瘤的免疫治疗

趋化因子与肿瘤的免疫治疗

　　 趋化因子是一类小的，细胞因子样的分泌蛋白。分子量是为8-11Kda，它通过介导白细胞与内皮细胞粘附，引发通过内皮迂移的组织浸润，而调节白细胞转运。趋化因子是一类具有结构相似性的超家族，含有保守的半胱氨酸残基，该半胱氨酸残基形成的二硫键是其三级结构的形成中起关键作用。它可分为四类：即C-C，C-X-C，C和C-X3-C趋化因子。依其蛋白顺序中前面两个半胱氨酸的位置。目前已发现24个人CC趋化因子（CCL1-CCL28） 　　15个人CXC趋化因子（CXCL1-16），及CX3C和C趋化因子四类各一个，即分别是CX3CL1和XCL1。 　　趋化因子通过其特异性受体介导其生物效应。其特异性受体属于7次跨膜结构域G蛋白偶联受体（GPCRS）目前已发现10个CC-，6个CXC，1个CX3C-和1个XC-趋化因子受体。还有7个受体因尚不知其受体而暂称为“孤儿”GPCRs。 　　一、趋化因子与肿瘤生物学 　　趋化因子在肿瘤生物学中的作用是复杂的。除了对血液细胞的作用外，还对非血液细胞如基质和固体肿瘤细胞起作用。 　　1、趋化因子具有生长因子的作用，CXCL8（IL-8）在黑色素瘤、肝和胰腺及结肠癌细胞中都具有生长因子的作用。有趣的是，在卵巢癌中，CXCL8受体（CXCR1/2）与表皮生长因子受体（EGFR）具有串话（Cro-talking）联系。 　　除CXCL8外，肿瘤细胞产生其它ELR+CXC趋化因子。黑色毒瘤细胞过表达CXCL1（生长相关癌基因a，GRO-2）和CXCL3（GRO-r），这些趋化因子均促进黑色素瘤细胞在体外和体内的生长，而且，人非小细胞（CLC）细胞分泌CXCL5（上皮—中性粒细胞活化肽，ENA-78）。在小鼠模型中和上述趋化因子可以抑制肿瘤生长，减少血管形成和增加肿瘤细胞凋亡。 　　2、趋化因子具有血管生成和血管抑制作用 　　血管形成是一个高度复杂有序的过程。它是在已存在的血管上又长出新的毛细血管的过程。包括内皮细胞活化，细胞体外基质和基底膜降解及内皮细胞定向迁移和增生。肿瘤依赖新生血管而生长和存活。 　　ELR+趋化因子是血管生成因子，而ELR-趋化因了是血管抑制因子。ELR是三个氨基酸（谷氨酸-亮氨酸-精氨酸）的缩写。基中ELR-趋化因子的代表为CXCL10（干扰素-g-诱导蛋白-10，IP-10）而ELR+趋化因子，CXCL12（基质细胞衍化因子-1，SDF-1）在体内试验中有促进血管形成的作用。与内皮细胞生长因子（VEGF）相比，CCL12仅有有限的有丝分裂效应但却有较强的趋化作用。但有趣的是CXCL12可诱导内皮细胞表达VEGF。VEGF反过来可上调内皮细胞表面的CXCR4（血小板源性因子受体-4）。这表明CXCL12和VEGF在促进血管产生过程中有协同作用。CXCL8（IL-8）在肿瘤中的作用是复杂的。CSCL8具有自分泌生长促进和血管形成功能。CXCL8还具有诱导基质金属蛋白酶活性利于肿瘤细胞通过重新形成的基底膜迁移，从而增强转移性。其它研究表明CXCL4（血小板因子-4，PF-4），CXCL9（r干扰素诱导的单核因子，MIG），CXCL10通过干扰血管生成而抑制肿瘤生长。CC亚家族中CCL1（I-309）和CCL11（eotaxin）在体外试验中有诱导血管形成的功能。尽管目前还不完全清楚趋化因子是直接还是间接作用于内皮细胞。但是已有可靠的证据表明趋化因子超家族成员是血管生成的调节者。 　　二、趋化因子与肿瘤转移 　　肿瘤转移是一个具有高度组织性，非随机性和具器官选择性的多步骤过程。趋化因子超家族成员在某些器官或组织中具有偏向性表达的特性。并且与细胞表面蛋白，包括整合素协同作用，以指导各种血液细胞亚群向特殊的解剖部位的归巢。近期研究发现肿瘤细胞的转移过程也可能采用了与调节白细胞转运的相似的趋化因子介导机制。肿瘤细胞表达独特的，非随机性的具功能活性的趋化因子受体。例如乳腺肿瘤细胞的伪足形成和肌动蛋白聚合均是通过CXCR4或CCR7介导的，并且CXCR4和CCR7还介导趋化性诱导及浸润反应。另外，对于乳腺肿瘤转移的器官上有大量的与这些肿瘤中趋化因子受体相关的配体。在体内，中和CXCL12/CXCR4相互作用可导致淋巴结和肺转移的明显抑制。因此，在肿瘤细胞表达的趋化因子受体将代表干预治疗的一个潜在的靶点。 　　三、趋化因子与抗肿瘤反应 　　将不同类型的免疫刺激因子导入肿瘤细胞环境内，能强化宿主抗肿瘤免疫反应。于是人们在体内体外将有趋化性或对不同白细胞亚群发挥效应有促进作用的趋化因子导入肿瘤细胞；应用方法如下：将趋化因子基因导入肿瘤细胞；将重组蛋白注射入肿瘤。或者将趋化因子与肿瘤抗原结合的融合蛋白注入肿瘤，或将趋化因子基因转导入树突状细胞（DC）或基质细胞。趋化因子的过表达引起肿瘤中宿主白细胞浸润。但临床上有相反的结果报道，这主要是由于依据不同的肿瘤模型和趋化因子所致。因此，我们倾向于使用免疫相容性的小鼠中的协同肿瘤模型。 　　1使用单一趋化因子的疗法 　　将CCL1，CCL2（MCP-1），CCL3（MIP-1a），CCL5（RNATES）CCL16（HCC-4；人bCC趋化因子4），CCL19（MIP-3b）CCL20（MIP-3a），CCL21（6CKine）,CXCL10(IP-10)和XCL1等单独即可使肿瘤消退并对以后接种的肿瘤刺激产生免疫反应。 　　在小鼠乳腺瘤（TSA）模型中，CCL16基因表达肿瘤细胞诱导APCs、T细胞和中性粒细胞的聚集，并导致CD8+T细胞依赖性肿瘤细胞排斥和抗肿瘤免疫的增强，CCL16引起了特异性抗肿瘤细胞细胞毒活性和肿瘤特异性淋巴细胞活性。 　　CCL20对未成熟的DC是一个较强的趋化因子。将CCL20腺病毒注射入不同的协同肿瘤模型（C26结肠腺瘤，B16黑色毒瘤，Lewis肺细胞癌）较明显地抑制了肿瘤的生长并增加了肿瘤宿主特异性存活。CCL20腺病毒注射导致局部CD8+细胞聚集，并引起肿瘤特异性细胞毒T-淋巴细胞活性及抗肿瘤保护。 　　另外，CCL20，CCL19，CCL21也是DC的强力趋化因子。它们均通过其共同受体CCR7介导成熟DC明显的上调。CCL19和CCL21同时也趋化T，B细胞及NK细胞。Vicari等的研究表明，小鼠CCL21通过诱导血管抑制，CD8+T细胞介导和可能NK细胞介导的抗肿瘤机制发挥强大的抗肿瘤效应。并且将重组CCL21肿瘤内注射诱导较强的抗肿瘤反应并且导致牙槽癌（L1C2）和Lewi完全消退。CCL21介导的抗肿瘤反应是CD4+和CD8+淋巴细胞依赖的。CCL21引起CD4+，CD8+淋巴细胞和DC，在肿瘤的浸润。这些细胞取自经CCL21处理过的荷瘤小鼠经照射的自体肿瘤细胞，脾脏和淋巴结来源的细胞。发现这些细胞分泌的IFN-Y，GM-CSF，IL-12显著增多，并显示细胞溶解能力明显增强。与sharma相类似的其它试验显示肿瘤内注射重组CCL21抑制免疫原性较差的B16黑色素瘤生长是通过CD8+T细胞依赖方式介导的。 　　显然，采用CCL21基因修饰的DC抑制肿瘤生长的效果明显优于单独用DC或CCL21治疗效果。另外，用CCL21基因修饰DC与肿瘤细胞裂解物接触中的体内试验引起抗肿瘤免疫并且诱导T细胞招募，并且将CCL19转导的肿瘤细胞后的小鼠出现了对C3L5小鼠乳腺瘤的排斥。 　　C趋化因子XCL1具有趋化CD4+，CD8+T细胞和NK细胞的特性。因此它是另一个实验性抗肿瘤免疫治疗的焦点。 　　2/0骨髓瘤细胞同XCL1转染BALB/C小鼠，骨髓瘤细胞消失，并且出现CD4+，CD8+T细胞和中性粒细胞浸润。2/0-XCL1肿瘤的消退是与1型细胞因子反应相联系并且依赖CD4+和CD8+T细胞而不是NK细胞。因此，XCL具有天然佐剂活性。它通过效应T细胞和中性粒细胞能够放大抗肿瘤反应。因此它将成为一些肿瘤基因转导免疫治疗的有希望的因素。有趣的是，经XCL1基因修饰的DC对于由多肽诱导的抗肿瘤免疫的保护和治疗作用起更强的佐剂作用。这种抗肿瘤免疫的保护和治疗作用是通过特异吸引T细胞实现的。 　　2、细胞因子与趋化因子结合治疗 　　单独的趋化因子发挥有限的抗肿瘤效应。目前新发展了利用细胞因子刺激T细胞，NK细胞和DC的特性而将细胞因子与趋化因子相结合的治疗方法。Dilloo采用的策略是，将T和NK细胞活化因子IL-2与T和NK细胞趋化因子XCL1基因转导研究。将表达XCL1或IL-2成纤维细胞同时注射，显著增加骨髓肿瘤T淋巴细胞浸润。并以CD4+和CD8+T细胞依赖方式抑制肿瘤生长。而单独将XCL1或IL-2转导入肿瘤则几乎对肿瘤发展不起作用。 　　另外，在小鼠模型中，以腺病毒作载体将XCL1+IL-2或XCL1+IL12转导入肿瘤中显著地增强了抗肿瘤活性并诱导产生了长期的保护免疫作用。 　　CXCL9和CXCL10与其受体CXCR3结合，扫募Th1和活化的NK细胞，CXCL9和CXCL10抗肿瘤活性是通过免疫系统介导和血管抑制机制实现的。IL-12是由巨噬细胞和DC诱导CTL和Th1介导的免疫反应，NK细胞活化和肿瘤血管抑制等机制介导强大的抗肿瘤效应。 　　用重组腺病毒作载体单独将CXCL10或IL-12导入小鼠结肠腺瘤细胞系（C26）显示明显的抗肿瘤效应。并且，将IL-12和CXCL10基因共同转入肿瘤则产生强大的并发挥协同的肿瘤特异性CTL反应，CD4+和CD8+T细胞均在肿瘤消退区域出现。中和试验表明CXCL10/IL-12基因治疗抗肿瘤活性是通过淋巴细胞和NK细胞介导的。 　　该研究在临床上的一个重要发现是将CXCL10与IL-12结合可以允许减少IL-12基因转导水平，从而阻止IL-12介导的剂量依赖的毒性作用，提高抗肿瘤疗效。CXCL9与IL-12联合应用也取得明显的抑瘤效果，但是CXCL10较CXCL9与IL-12结合的抑瘤作用更有效。 　　该研究表明将活化的细胞因子与趋化因子联合用于肿瘤微环境中，可以诱导强烈的抗肿瘤反应并能明显地减少系统地使用细胞因子所致的剂量限制性毒性提供解决办法。 　　另一改进方法是将趋化因子与肿瘤相关抗原（TSA）相融合如CXCL10或CCL7（MCP-3）与淋巴瘤免疫球蛋白的可变区相结合，在体外可引发趋化反应，在体内诱导炎症反应。进一步研究显示，将这些融合蛋白接种可以产生对肿瘤刺激产生强烈的保护作用。 　　最近的一项研究是用（DC-促白细胞生成素）GM-CSF与T和NK细胞活化细胞因子IL-2及趋化因子结合。所用的趋化因子为CCL19，CCL21，CCL12，将GM-CSF，IL-2和三者中任何一种趋化因子结合共转导的小鼠体内的肿瘤都消退了。 　　进一步研究表明，该小鼠脾细胞对其父母源性的肿瘤细胞有巨大的细胞毒活性。脾细胞自身显示较高的增生反应。这些发现表明CCL19，CCL21和CXCL12可以系统和局部地增强抗肿瘤免疫。这些趋化因子当与IL-2和GM-CSF结合，可在临床上发挥效用。 　　总之，最近的试验研究证据表明，将趋化因子导入肿瘤环境中在体内可招募相关的白细胞亚群，减少恶性细胞的肿瘤形成。另外将趋化因子与其它免疫刺激细胞因子结合可提供较强的长期的抗肿瘤免疫。因此，趋化因子也许做为潜在的天然佐剂而应用于试验性抗肿瘤免疫治疗。当与肿瘤肽导入DC、或与肿瘤抗原或免疫刺激细胞因子相结合能产生协同抗肿瘤活性，并可减少毒副作用。 　　结论和展望 　　目前为止，肿瘤免疫治疗实验研究表明，单纯将白细胞招募到肿瘤部位是不足以产生显著的和长期的抗肿瘤免疫反应的。这表明免疫治疗只有在提供充足的肿瘤抗原，及多种活化因子相联合，才能克服肿瘤微环境的免疫抑制，才能产生有效的抗原提呈和效应细胞活化，而趋化因子会在这方面发挥较好的作用。 (编辑:)

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