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编号:10246164
树突状细胞参与的免疫调控及其抗肿瘤作用
http://www.100md.com 《肿瘤》 1999年第5期
     作者:王 晓 裴雪涛

    单位:军事医学科学院放射医学研究所(北京100850)

    关键词:

    肿瘤990520 肿瘤生物治疗领域的研究一直围绕抗原疫苗及细胞治疗两大热点。近年来,细胞因子及其转导瘤苗的应用,T细胞识别的肿瘤排斥抗原的发现及T细胞活化中共刺激机制的阐明,奠定了新型肿瘤生物学治疗的基础,也使免疫细胞与肿瘤细胞之间的信号转导及抗原递呈过程成为新的研究热点。树突状细胞(Dendritic cell.DC)是一种专职抗原递呈细胞,将DC用作疫苗是一种治疗肿瘤的新策略。

    一、树突状细胞的发育过程

    体内归于T细胞区的DC源于三大途径[1]。(1)皮肤DC(郎罕细胞LC),在1868年被人们认识,它源于CD34+细胞。LC的分化以选择性表达Birebeck小体,LAG-1(颗粒相关抗原)及e-cadherin为标志。人体大约有109表皮LC,这些未成熟DC在遭遇强大的免疫刺激后,其表型可在一天内发生戏剧性的变化而成为有触发T细胞作用的成熟DC。(2)由骨髓CD34细胞来源的髓系DC。这些细胞短暂表达CD14,与Mφ及粒细胞分享CD13,CD33,CD36等标志。该中间体有双潜能,由M-CSF诱生为Mφ,由GM-CSF/TNF-α诱生为DC。血液中的单个核细胞也具有这种潜能。(3)淋巴途径中的DC,它由胸腺中分离的前体细胞发育而来,表达低水平CD34而无其他T细胞标志。
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    DC的发育与其由非淋巴器官经血液或淋巴间液向淋巴组织内流入过程紧密相关[2]。骨髓及血液中的前体DC随血流分布于皮肤、胃肠道、心、肝、肺等非淋巴器官发育为未成熟DC,此时有较强的抗原加工摄取能力,MHC-肽复合物合成最强,然后未成熟的DC在微环境介质的作用下经血液及淋巴液这一移行阶段,以隐蔽细胞的形式到达次级淋巴组织成为成熟DC,这时DC获得了致敏静止状态的T细胞、启动初级T细胞免疫应答及T细胞依赖性应答的能力。

    二、树突状细胞的特性及体外诱生

    树突状细胞最先由Steinman和Cohn在1973年描述。现在发现在不同情况下DC形态不同。皮肤及淋巴结中DC是星形的;分离后负载于玻片上的DC有许多树刺状突起;电镜下的DC多呈棘状;相差显微镜下DC的胞体向外延伸成幔状。

    Steinman[3]阐述了DC与功能相关的几大特性。1.DC捕获加工处理抗原的能力与其表面受体有关。以DEC-205为例,用兔抗DEC抗体作为假想配体,发现DC通过细胞摄粒吸附作用迅速使其内在化并传给复合内体系统。DC上DEC-205在表面的作用类似于B细胞的Ig,可有效地递呈配体给辅助性T细胞。类似的受体还有FcR、脂多糖受体和甘露糖受体等。2.DC高表达MHC II类产物(>106/细胞),DC含有许多液泡(Vacuoles)结构,如M//C或C//VS,这是MHC II类分子高集区,也是肽与MHC II分子结合之处。MHC-肽复合物经此到达DC表面然后向T细胞递呈。3.DC表达丰富的粘附分子及共刺激因子,如ICAMs、LFA-3、β-整合素、B7s、CD40、IL-12等,这涉及到DC与T细胞的结合及归巢倾向(但这些表面标志随DC的不同分化阶段而有变化)。4.DC的限制性标志CD83、P55、S100b。前两者为新的Ig超家族成员,源于EBV和B细胞系,主要在血液及T细胞区DC上表达。S100b是一胞浆蛋白,其单抗可选择性使DC着色以区别于其它淋巴细胞。
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    另外,DC上的CD40和新近发现的TRANCE/RACK受体,与T细胞上TNF家庭成员相配将激化DC,从而上调CD80、CD86的表达,使其分泌IL-12,释放IL-8及MIP-1α、β等化学因子。

    DC在体内含量较少,体外大量扩增纯化DC是下一步研究的关键。骨髓或脐血CD34+细胞及外周血单个核细胞均可做为DC的来源。GM-CSF是髓系细胞发育的必需细胞因子;TNF-α,CD40L可阻止粒系的分化而刺激DC的成熟;IL-4的加入则抑制了单核细胞向巨噬细胞分化的潜能并维持DC成熟[4,6]

    目前,关于DC定向诱导分化的方案很多,细胞因子的剂量、组合不尽相同,除了GM-CSF、TNF-α和IL-4外,SCF、FL、IL-13等均显示出提高DC数量的协同作用[7],总之,完善的DC诱导和培养体系将是DC研究和应用的基础。

, 百拇医药     三、树突状细胞与免疫调控

    B、T细胞是免疫的介导者,但其功能却受DC的控制。

    1.DC与B细胞

    DC对B细胞的生长和免疫球蛋白的分泌有重要作用。两者虽同为APC,但DC有较高MHC及共刺激因子的表达并能大量产生IL-12;DC通过Fc及多聚凝集素(multilectin)受体中和抗原,B细胞则有抗原特异性免疫球蛋白受体。

    原始B细胞仅与间质内非LC型DC反应,在DC分泌的IL-12作用下产生抗体;DC同时调控着B细胞所产生的免疫球蛋白的种类,IL-10与TGF-β诱导IgA1的生成,IgA2的表达则严格依赖于B与DC的直接相互作用,这说明DC控制着粘膜的免疫[8]

    滤泡型DC直接维持激活B细胞的活力、生长与分化,生发中心含有CD11c+DC,它可携带免疫复合物,有较强的刺激B细胞的能力。
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    DC与B细胞间作用方式也遵循双信号原则[9],即DC上的特异性抗原被BCR接受产生第一信号,B细胞吞噬iccosomal以诱导Th;DC上CR2L与B细胞上CR结合,这对共刺激因子提供第二信号调控体液免疫。

    2.DC与T细胞

    T细胞库有自身抗原的耐受性。胸腺中消除发育中T细胞的中枢性免疫耐受,淋巴器官中消除成熟T细胞或诱导无反应性的外周性免疫耐受都需要DC的参与[10]。胸腺髓质中的DC参与胸腺中的阴性选择,它递呈自身抗原与MHC复合物给T细胞,然后使能够识别自身抗原并与之有较高亲合力的T细胞克隆流产。最新研究表明,DC在外周性免疫耐受中起重要作用。例如:源自胰腺β细胞的相关肽,在draining淋巴结中由BM-APC递呈给T细胞,结果是产生耐受,T细胞无反应性或被消除。新近发现,DC可递呈源自凋亡细胞的肽片段[11],据此,DC可通过递呈来自体细胞的自身抗原给T细胞而诱导对自身蛋白的耐受。
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    随着T细胞活化机理的阐明,DC在诱导CTL中的作用日受瞩目,CD1a+DC可分泌IL-12,后者可调节T细胞和NK细胞功能,促进Th0朝Th1方向分化,显著影响Th1和Th2的平衡。这也是DC应用的理论基础。

    那么,什么因素决定DC是触发还是关闭免疫系统?有学者认为,不同的DC担负着不同的使命。淋巴结DC诱导自身耐受;迁移中的髓系DC,包括LC,在遭遇外源抗原后产生活性移向淋巴器官启动免疫反应[12]

    四、树突状细胞疫苗的几种策略

    纵观DC对免疫系统的调控,它涉及了与T细胞有关的一些临床疾病:移植,过敏反应,自身免疫病,感染,肿瘤及免疫缺陷病等。目前研究较多的是DC的抗肿瘤作用。DC在诱导强有力的抗肿瘤免疫反应中是关键因素,肿瘤患者常常是局部DC功能受损,数目下降,因此有关DC的免疫治疗即是从它的佐剂作用来设计肿瘤疫苗的,其中包括肿瘤抗原肽负载于DC,肿瘤粗提物刺激DC及DC的基因工作程疫苗。
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    1.以自体DC ex vivo负载肿瘤抗原是一种合理的构想。这方面的工作主要是以鼠为模型的实验。Mayordomo[13]选择了4种不同的肿瘤相关抗原负载于DC上,然后注射给同基因鼠,二周后以相关或无关肿瘤抗原皮下注射进行攻击实验,结果表明,DC加肿瘤相关抗原肽疫苗对同种肿瘤细胞再攻击有很好的保护作用,这说明致敏DC在体内聚集效应细胞,诱导了抗肿瘤攻击的特异性免疫保护。Celluzzi[14]以卵白蛋白负载DC,体外检测接种该DC的小鼠其CD8+CTL的免疫活性,结果发现,它对OVA无关组靶细胞基本无杀伤,而对OVA相关组靶细胞有较高的杀伤活性,说明OVA 负载DC诱导的是抗原特异性免疫保护。抗原肽刺激的DC用于人的实验研究还较少,因为它需要知道针对每个HLA allomorph的特点表位区的氨基酸顺序,还依赖于肽/HLA复合物的稳定性,从而使其应用受到限制。但近来有学者[15,16]用黑素瘤肽片段Melar/MART和在乳腺癌、卵巢癌上表达的Her-2/neu基因编码肽E75和GP2分别负载人外周血DC,然后刺激T细胞,结果诱发了抗原特异性和MHC限制的CTL。Hsu等用此法治疗4例B细胞淋巴瘤患者亦有一定临床效果。
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    2.鉴于单一的抗原决定簇的CTL未必能有效地诱导肿瘤免疫排斥反应,而且目前仅黑素瘤、卵巢癌、乳腺癌上的抗原T细胞表位被鉴定出来,更多的是特异性抗原不甚明确的肿瘤,因此人们的第二个设想是以肿瘤细胞的酸提抗原刺激DC。国内学者[17]从癌性腹水中分离FBL3白血病细胞,以微酸提取液洗脱肿瘤表面Ⅰ类肽,该FBL3酸提抗原可有效激发FBL3特异性T细胞株的增殖,酸提抗原冲击后的DC回输小鼠,可诱导较高水平的CTL活性并对肿瘤细胞的攻击产生明显的保护作用,这表明多种混杂的多肽可被DC有效提呈且比人工合成多肽更优越,这种直接与自体APC的MHC分子结合的多肽较少含有其它杂蛋白,因而有较强的免疫激发能力。

    3.混杂的肿瘤细胞裂解物负载DC比之单一肽负载DC有某些优势,避开了肿瘤抗原不明确这一难题,但因受大量瘤体组织来源的限制及隐藏诱发自身免疫病的危险,而且肽与DC的MHC分子结合不能永久表达,所以也有其局限性。于是人们又设想一种使DC有效并长效地将肿瘤抗原递呈给特异性CTL的方法,这就是DC的基因工程疫苗。将肿瘤抗原的编码基因导入DC,既克服了肽与DC负载后复合物的解离问题,也能使表达的抗原有效地与MHC分子结合从而递呈给CTL。动物实验的证据已给临床前研究带来了希望,Reeves[18]从动员的外周血中分离CD34+细胞,然后以逆转录病毒载体介导黑素瘤抗原编码基因MART-1导入CD34+细胞,在转导过程中加入诱导CD34+细胞向DC分化的细胞因子GM-CSF、TNF-α和SCF,流式细胞仪分析有22%~28%的细胞既有DC表型又表达了转导基因的编码蛋白,而且这种DC能诱导特异性抗瘤CTL并促进TIL释放细胞因子。Finn[19]将表达于多种腺癌细胞上的粘蛋白muc-1基因导入脐血CD34+细胞中,同时诱导其向DC分化,结果表明MUC-1+DC刺激同种CD+4T细胞的能力远远高于MUC-1-DC,DC表面MUC-1的表达与肿瘤细胞表面的MUC-1相似。这表明DC的免疫成份不会在基因转导过程中改变,包括粘附分子和共刺激因子以及刺激T细胞的能力,尽管目前基因转染DC的效率不高,但这条途径有一定可行性,能否进一步将GM-CSF、TNF-α、IL-4等细胞因子转染DC值得进一步探索。
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    五、展望

    目前,在肿瘤免疫治疗领域内,人类肿瘤抗原的发现与确认为主动性免疫治疗提供了新的手段,与抗原递呈细胞(主要是DC)的结合即是热点课题之一。围绕DC为基础的免疫治疗着重于从前体细胞中诱导扩增DC,探讨DC在免疫治疗中的佐剂作用,DC体内的靶向分子及DC与HIV的复制等几大方面,尤其前两方面工作做得较多。鉴于DC对培养环境的敏感性,微小变化即可导致DC表型及功能的改变,因此探讨用于肿瘤免疫治疗的DC最佳培养条件仍是该领域的热点。目前IL-12受到较多关注,它显示出对DC分化成熟的正性作用,可由DC分泌,并参与DC与CD+4T细胞间CD40共刺激因子作用通路,它在Th-1细胞介导的免疫反应中也起到关键作用。在选择DC参与免疫治疗的途径上,除前述外,目前又有一种新的设想,即是肿瘤细胞与DC的融合[20]。Kufe等将小鼠MC38瘤与骨髓来源的DC融合,然后用于免疫同基因小鼠,在这些小鼠体内产生了较强的抗瘤作用,其中涉及CD4+和CD8+T细胞,不仅对初发瘤有作用,而且对转移瘤也有抵抗作用。这说明肿瘤细胞与DC融合,可使肿瘤抗原表达在融合细胞上,在共刺激因子的作用下直接活化初始T细胞参与抗瘤反应。但因该方法涉及肿瘤细胞的选择等多方面问题,所以目前尚无人体实验。
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    总之,DC作为肿瘤免疫治疗的新策略,有广阔的应用前景,但因其最佳诱导方案、接种的时间和途径、刺激物或转导基因的选择等都在探索之中[21],因此需客观评价其有效性及安全性,将来肿瘤治疗的突破也很可能是多种策略的结合,即针对不同的病人采用特异的个体化治疗方案。

    *国家杰出青年科学基金(39825111)资助

    第一作者简介 王 晓,女,博士。

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    (收稿:1998-11-09), 百拇医药