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T淋巴细胞库(T Cell Repertoir)与肿瘤免疫治疗效果的关系

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来源:精准医疗

作者:马念

原文链接:

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwOTMyMDM3Nw==&mid=208648079&idx=1&sn=45251c406bb8e18c31ef323ce1d2f281&scene=5#rd


随着肿瘤细胞免疫治疗技术的升温,其临床应用的实际疗效已经逐渐成为大家最关注的热点之一。肿瘤患者体内应用细胞免疫治疗技术的实际效果会受到癌症的病种、病程、病理类型、病史、治疗史、免疫治疗技术以及机体免疫状况等众多原因的影响,而机体免疫状态又是决定免疫治疗效果的核心因素,今天笔者想和大家探讨的是人体抗原特异性T淋巴细胞库(T Cell Repertoir)与肿瘤免疫治疗效果的关系。


在讨论这个关系之前,先略解释一下癌症发生的两个相关的基本机制:

1.癌症的发生发展是基因突变不断累积的漫长过程,当然现在也有些新研究挑战癌症发生的这个经典机制,如有新的研究认为癌症是进化的结果、也有认为蛋白质失衡导致癌症;


2.癌症的发生发展是肿瘤与机体免疫系统相关作用的漫长过程,即癌症免疫编辑理论。


第一点决定了癌症发展过程中会不断产生“新的”蛋白质分子,这些“新的”蛋白质分子一方面可能促进癌症的演进(当然,有些新蛋白质分子并不一定完全参与癌症的演进过程,这并不是我们要讨论的要点),但同时也可能成为第二点中机体免疫系统识别和攻击的靶点。


现在一般认为癌症免疫编辑理论大致可分为免疫清除阶段、免疫平衡阶段、免疫逃逸阶段三个阶段。在内外因素的共同作用下,逐渐由早期的清除阶段演变为后期的逃逸阶段。

第一阶段,即清除阶段:此期人体免疫力足够强大,可以及时发现并完全清除这些癌变细胞,机体处于健康状态


第二阶段,即平衡阶段:随着基因组不稳定性、基因突变累积增多等原因,肿瘤细胞获得一定的逃避杀伤的手段,因而免疫系统不易及时识别或清除癌变细胞,癌症与机体免疫系统间逐渐进入一种平衡状态,机体实际处于带瘤(细胞)的亚健康状态。


第三阶段,即逃逸阶段:此期平衡被打破,癌症迅速发展,并最终成功逃避机体免疫系统的杀伤作用,在此期人体那些进入肿瘤组织内的自身免疫细胞的抗肿瘤作用被抑制。


当然,免疫编辑的三个阶段在顺序上是相对的、也是动态的,每个阶段持续的時间与原发肿瘤的性质,以及机体的免疫状态密等切相关。当机体的免疫功能急剧下降,如生活突发事件引起的应激状态(Stress),长期使用免疫抑制药(如器官移植后),长期疲劳或精神压力,衰老等状态下,肿瘤有可能越过“排除”阶段,甚至直接进入“逃逸”期;同样,当机体的免疫力增强,比如通过多种途径的治疗方法,理论上,是可以从免疫逃逸状态逆转到带瘤的免疫平衡状态的。这两点从理论机制上说明免疫治疗技术时候可以有效治疗肿瘤的,这是讨论一切肿瘤免疫治疗的一个前提。

癌症免疫编辑学说

OK,再解释一下免疫系统的简单组成:

我用国家军队来做一个类比。大家都熟悉,国家的军队有不同的军种比如海军、陆军、空军、甚至天军等,每种军种又有不同的兵种,如陆军有步兵、骑兵、摩托兵、坦克兵、炮兵、雷达兵、导弹兵等等;每个兵种又会有不同的亚兵种(笔者自己的分类,军事专家别拍砖啊),比如导弹部队有近程导弹、有中程导弹、有远程导弹、有地对地导弹、有地对空导弹等等,军队间的作战,比如有外来侵略时,首先,具有相应的军种、兵种和亚兵种是战胜的要素,没有雷达兵、没有导弹兵、没有战机等,M国的B2轰炸机和F22战机过来,伊拉克等就只能有挨轰炸的份儿;第二,雷达、导弹和军机的性能还得相当不错,不然就像伊拉克的飞机和军机等也只能等着挨炸的份儿;第三,相应军种、兵种的数量还得旗鼓相当,不然一轮对战下来,自然就是要人多为王、量多得胜了。当然了,我们伟大的PLA一向是以少胜多、以弱胜强的典范,伟大抗战的胜利就是最好的例证,不过笔者认为这个伟大的胜利,也有一些国军将领甚至两颗原子弹的影响,跑题了,打住!

回到人体免疫系统,它们和一个国家的军队类似,是人体对抗疾病的军队系统:

同样免疫系统也有不同的军种,比如免疫分子和细胞等,免疫分子又有抗体分子、补体分子、干扰素、肿瘤坏死因子、白介素等众多兵种,免疫细胞包括巨噬细胞、自然杀伤细胞(NK细胞)、NK样T细胞(NKT细胞)、DC细胞、B淋巴细胞、T淋巴细胞等等兵种。抗体分子是十分强大的兵种或武器,人们熟悉的破抗(即破伤风抗毒素或破伤风抗毒血清等)、抗狂犬病血清等都是含有相应抗体分子的药品,还有现在很多预防接种的疫苗的作用机理就是他们可以诱导机体产生对抗相应入侵的抗体分子,干扰素也是对抗病毒感染和肿瘤的重要兵种和武器,临床上在很多病毒感染比如乙肝(乙肝病毒)和带状疱疹(带状疱疹病毒)等病人都会适当使用干扰素进行治疗,在肾癌、黑色素瘤等癌症也会采用干扰素治疗。不过在对抗肿瘤的战斗中,免疫细胞军种的作用占主导作用,而这些兵种中CD8阳性的T淋巴细胞(又成为细胞毒性T淋巴细胞,CTL细胞),听名字就知道他们是专杀细胞的一群高效杀手或导弹部队了。所以机体有足够强大和足够数量的免疫细胞军种、兵种,尤其是T细胞兵种就成了战胜癌症的基本保障,癌症免疫清除、平衡和逃逸的不同阶段,正是肿瘤细胞部队和免疫细胞部队间相互斗争和实力演变的结果。

 T细胞发育和TCR 重组

NK细胞、NKT细胞等兵种不一样,T淋巴细胞属于免疫细胞中的抗原特异性免疫细胞,此外,还有一种抗原特异性免疫细胞就是B淋巴细胞,B淋巴细胞主要通过其产生的抗体而发挥作用。所谓特异性简单的理解就是“一对一”,一种B细胞(或称B细胞克隆)产生的抗体只能对一种入侵(或称为抗原)有对抗作用,所以接种乙肝疫苗(刺激机体产生抗乙肝病毒抗原的抗体)只能预防和保护乙肝病毒却不能预防其它病毒的感染。


同样,T细胞也是一种T细胞只能针对一种抗原起作用,B细胞和T细胞的这种特异性的基础分别就是他们细胞表面的B细胞抗原受体(BCR)和T细胞抗原受体(TCR),也就是说每一T细胞克隆(或B细胞克隆)都有着各自独特的TCR(或BCR),对应着一种抗原,而这种特异性对于人体健康是极其重要,出现任何的问题都会导致相应的疾病。


说到这里,是不是有人要问自然界的细菌、病毒等何其之多,人体内这得有多少种对应的T细胞啊?! 而这正是人体免疫系统的强大之处,人类经过NNN多年的进化后,具有了理论上可以产生1011(也就是百亿级别,甚至更多)种T细胞,而实际上人体内存在着107(千万级)种T细胞,这么多种的T细胞一般足以抵抗所有的入侵了(而且还有理论上更多的5个数量级的预备役呢)。所以,这每一种T细胞克隆就是免疫系统中的一种亚兵种,显而易见,个体体内的实际T细胞种类(亚兵种)越多其成功抵御入侵的概率(免疫力)就会越大,如果人体内缺乏针对某一入侵抗原的T细胞亚兵种则可能会导致一些疾病,而人体的这种免疫力在技术上是可以通过对TCR的多样性检测出的,同样,决定人体免疫力强弱的另一个因素就是每一亚兵种的T细胞的数量了,这个数量一般是在104个数量级,这万级的T细胞则分布在人体免疫系统中脾脏、淋巴结以及外周血等不同地方的。对于不同个体,其体内存在的这些B细胞亚兵种、T细胞亚兵种和各自的数量是不一样的,这就导致免疫力的个体差异性,同一次疾病流行,有些人染病,有些人不染病,有些人恢复的快,有些人恢复的慢。

OK,现在,逗了一圈,我们终于回到最初的问题,T淋巴细胞库对肿瘤免疫治疗效果的影响:


在肿瘤免疫治疗中,因为用于治疗的靶点(抗原)都是有限的固定的,所以,不管是哪种技术,最终回输给患者的细胞中,针对这些有限数量的肿瘤抗原的T细胞种类的数量以及每一种T细胞的绝对数量显然可以决定最后的疗效。


比如我们常用的CTL治疗方法,以采集100ml外周血用于制备CTL细胞为例,其中共含有约108个淋巴细胞(还包括B淋巴细胞),考虑到刚才提及的个体体内T细胞亚兵种的种类在107数量级,也就是100ml外周血中针对某一特定抗原(比如肿瘤抗原)的naïveT细胞的数量约为几十至几百个,按照1000倍的扩增效率计算,最终回输的1011个细胞中有效抗肿瘤的T细胞的数量则为几十万个。所以其实际抗癌的效果是有一定的影响的。而如果这回输的1011个细胞中有效抗肿瘤的都是或大多是有效针对某一肿瘤抗原的话,其效果理所当然会更强。


而现在流行的CAR-T细胞技术和TCR-T细胞技术之所以会有更为明显的抗癌作用的一个原因就是这两种细胞治疗技术的最终成品中的大多细胞(实际比例取决于transduction效率和纯化步骤效率)都是为均一的针对某一肿瘤抗原(如CD19)的T细胞,即所有的细胞都表达有同一针对CD19抗原分子的TCR分子或CAR分子(可以理解为一种人工改造过的BCR)。当然了,除了CAR和TCR技术外,还有一些其它的技术手段可以保证最终细胞制品中T细胞亚兵种的均一性,这不是我们今天要讨论的内容。


另外,现在已经有研究证明患者外周血总T淋巴细胞库的多样性(亚兵种的种类)与癌症(如黑色素瘤)接受免疫检查点抑制剂的临床效果密切相关(J Immunother Cancer 2015),或许将来T细胞库的检测会被用于免疫检查点抑制剂临床应用的一个指导指针,而对于相关科研院所、免疫治疗公司、甚至投资机构,这应该成为他们关注的一的技术点。


脑子晕的不行了,打住,洗漱休息!!


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