光动力免疫疗法在肿瘤治疗中的研究进展.doc

光动力免疫疗法在肿瘤治疗中的研究进展.doc 光动力免疫疗法在肿瘤治疗中的研究进展 作者:林晓岚, 黄慧芳, 林东红 【关键词】 光动力疗法 免疫疗法 肿瘤 光动力疗法(photodynamic therapy, PDT)是近年来颇受各国学者重视的一种癌症新疗法。这种疗法是利用某些染料类光敏物质在癌组织中积聚的浓度高于周围的正常组织, 在激光等照射下可产生对细胞有破坏作用的单线态氧(singlet oxygen)及自由基的特性, 从而干扰肿瘤细胞的生长并导致死亡。目前PDT已在临床上得到了较广泛的应用, 一些光敏剂已被某些国家批准作为PDT药物, 成千上万的癌症患者接受了PDT, 并取得了很好的疗效。目前PDT主要应用于实体肿瘤的治疗, 对某些晚期肿瘤、 复发肿瘤和一些不适合手术的肿瘤, PDT也是一种有效和简便的姑息治疗手段。为了有效控制和根治恶性肿瘤, 光动力学疗法与其他传统治疗手段联合的技术已逐渐被接受。近年有研究显示, PDT能激发宿主体内的免疫反应, 而PDT和免疫治疗联合应用, 能够提高和改善PDT诱发的抗肿瘤免疫反应, 在肿瘤的治疗中起到重要的作用。目前这些方面的研究仍处于临床前期的动物实验阶段, 现对光动力疗法联合免疫治疗的研究进展作一综述。 1 光动力学疗法的抗肿瘤作用 1.1 直接杀伤肿瘤细胞 光动力疗法与传统的手术、 化疗和放疗等肿瘤治疗手段相比, 具有双重性选择的独特优点。首先, 肿瘤组织能够选择性的储留光敏剂; 其次, 只有在光辐照的情况下, 储留在组织中的光敏剂才能和组织中的氧分子发生生化反应产生对细胞具有毒性的活性氧(reactive oxygen species, ROS), 其中单态氧被一致认为是?型PDT中最主要毒性物质, 它们对细胞的破坏作用, 将直接导致病变细胞发生坏死或凋亡。 1.2 损伤血管效应 肿瘤细胞的活力依靠血管供应的大量营养, PDT能损伤与肿瘤相关的脉管系统, 导致肿瘤缺血性死亡, 因此催生了抗血管光动力疗法(antiangiogenic PDT)——一种很有前景的治疗肿瘤的手段。如果在血管内光敏剂的浓度峰值期内照光, 能够导致微血管损伤, 病灶内供血不足, 从而使细胞发生坏死或凋亡。 1.3 抗肿瘤免疫效应 1996年, Korbelik等[1]用正常的BALB/c小鼠和免疫缺陷的小鼠比较了PDT对肿瘤的长时效应, 发现肿瘤的复发更多的发生在免疫缺陷的小鼠中。在从有免疫活性的BALB/c小鼠中移植了骨髓后, 肿瘤复发率明显降低。说明PDT通过直接作用杀灭大多数肿瘤细胞后, 仍需要免疫反应去清除剩余的癌细胞。Gollnick 等[2]发现PDT后的肿瘤细胞本身就有很强的免疫原性, 可激发特异性免疫反应。将PDT治疗后的肿瘤细胞制成匀浆液, 接 种于裸鼠体内, 在没有任何免疫佐剂的情况下, 可抑制同一种肿瘤细胞株的生长, 但不能抑制其他肿瘤细胞株的生长。 2 PDT的抗肿瘤免疫机制 目前的研究和应用的结果显示, PDT没有放疗和化疗那样明显的抑制机体免疫功能的副作用。相反, PDT可能诱导有益于治疗的抗肿瘤免疫反应, 其抗肿瘤免疫的机制也包括细胞免疫和体液免疫。 2.1 细胞免疫 2.1.1 中性粒细胞 中性粒细胞是PDT后最早到达肿瘤治疗部位的免疫细胞, 其数量在骨髓、 外周血以及肿瘤的治疗部位迅速增高, 在PDT 的抗肿瘤效应中发挥重要的作用。Sun 等[3]发现PDT后中性粒细胞的活性在肿瘤的治疗部位增强, 且肿瘤组织周围的中性粒细胞表达有MHC ?分子, 说明中性粒细胞可能作为抗原提呈细胞参与PDT的抗肿瘤效应。 2.1.2 自然杀伤细胞 Hendrak Hennion等[4]应用GM1抗体去除小鼠体内的NK细胞后, PDT 抑制肿瘤生长的作用减弱, 这提示NK细胞参与PDT的抗肿瘤效应。但用PDT治疗后的荷瘤小鼠脾内的NK细胞体外作用于肿瘤细胞发现, NK细胞不能杀伤肿瘤细胞, 则说明NK细胞可能是由PDT的杀肿瘤细胞作用间接激活的。此外他还证实了NK细胞也参与PDT 抑制肿瘤复发的作用, NK细胞可能通过分泌抗肿瘤细胞因子(如IFN γ、 IL 1、 IL 2和TNF α) 和抗体依赖性细胞介导的细胞毒性作用(antibody dependent cell mediated cytotoxicity, ADCC)抑制肿瘤的复发。 2.1.3 抗原提呈细胞 体内重要的抗原提呈细胞有巨噬细胞、 树突状细胞(DC)、 B细胞等。这类细胞可摄取、 加工、 处理抗原, 并将抗原信息提呈给淋巴细胞, 从而启动特异性免疫应答。Reiter等[5]发现PDT并不能直接激活巨噬细胞, 而是其杀伤肿瘤细胞的作用间接激活了巨噬细胞的活性。实验发现, 用二氧化硅微粒阻滞巨噬细胞的抗原提呈功能, 可明显降低PDT的治愈率, 这表明巨噬细胞的抗原提呈功能在PDT中发挥重要作用。Jalili等[6]发现DC可有效地吞噬被光毒性反应杀伤的肿瘤细胞, 并将肿瘤抗原提呈给初始T细胞后使之激活, 同时产生大量白细胞介素 12(interleukin 12, IL 12), 促进初始T细胞产生Th1型免疫应答。 2.2 体液免疫 2.2.1 补体 PDT后, 肿瘤组织内的血管内皮表面可见膜攻击复合物(membrane attack complex, MAC)的广泛沉积, 导致治疗部位的血供受阻, 说明PDT可诱导补体系统的级联反应的激活。应用补体激活剂(如酵母多糖和链激酶等), 可增强PDT的抗肿瘤效应。但是补体激活剂在免疫缺陷小鼠体内不能增强PDT的疗效, 说明补体 的作用与各种免疫效应细胞的共同参与有关, PDT激活补体后产生了一系列活性片段, 吸引带有补体受体的中性粒细胞、 巨噬细胞和其他免疫效应细胞的聚集。近来有研究发现PDT后, 肿瘤组织内补体C3水平持续增高, 于24 h达到高峰, 而阻滞C3a受体和C5a受体的功能, 会明显降低PDT的治愈率[7]。 2.2.2 细胞因子 光动力疗法可诱导IL 1β、 IL 2、 肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF) α、 粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor, G CSF)产生。Sun等[3]在PDT治疗前分别应用IL 1β、 TNF α和G CSF的中和抗体作用于肿瘤组织, 发现PDT的疗效降低, 提示这些细胞因子在PDT的抗肿瘤效应中起到很重要的调节作用。还有研究发现, PDT治疗后的一定时间内, 血管表皮生长因子的水平降低, 其降低的程度越大, 肿瘤体积缩小程度越明显, 小鼠生存时间越长[8]。Gollnick等[9]长期致力于PDT抗肿瘤机制的研究, 他们通过对PDT诱导的细胞因子、 趋化因子和黏附因子的表达和中性粒细胞局部浸润现象的深入研究, 发现不同的光敏剂所激活的细胞因子和炎性反应会有所不同。他们认为通过合理调控有益的炎性反应可能是优化光动力学疗法的抗肿瘤免疫作用的一个有效手段。 3 光动力免疫疗法的研究进展 为了激发和增强机体的免疫功能, 更好地控制恶性肿瘤, 肿瘤的免疫治疗也日渐成为一个活跃的领域。免疫治疗包括主动免疫治疗和被动免疫治疗。主动免疫治疗是指给患者输入具有免疫原性的肿瘤疫苗, 刺激机体的免疫系统产生特异性的抗肿瘤免疫。被动免疫治疗则是指给患者输入外源性的具有免疫效应的物质, 由这些物质在患者体内发挥治疗肿瘤的作用。PDT和主动或被动免疫治疗相结合来治疗疾病, 即光动力免疫疗法(photodynamic immuno therapy, PDIT), 其有关研究已逐渐引起人们的关注。 3.1 PDT瘤苗 Canti等[10]认为, 在引起细胞凋亡的剂量条件下, PDT作用可使得肿瘤细胞产生抗原性物质, 并由抗原提呈细胞提呈给肿瘤特异性的T细胞。有动物实验显示, 体外PDT处理的肿瘤细胞裂解物具有免疫原性, 可看作是一种有效的肿瘤疫苗, 这种通过PDT作用产生的疫苗, 较紫外线或放射线作用产生的疫苗具有更强的抗原性, 能够诱发特异的IFN分泌型细胞毒性T细胞并激活DC, 能明显地提高接种疫苗的动物的生存率[2]。国内的黄慧芳等[11]通过研究两亲性酞菁锌光敏剂ZnPcS2P2介导的光动力疗法(ZnPc PDT)联合GM CSF、 B7.1基因修饰的EL 4细胞对小鼠淋巴瘤的抑制作用, 发现mGM CSF、 mB7.1基因修饰的瘤苗可明显增强ZnPc PDT的抗肿瘤效应。 3.2 具有主动靶向功能的光敏剂 由于肿瘤组织对光敏剂只是相对的选择性吸收, 并不具备特异性, 所以正常组织中不可避免的储留有少量的光敏剂, 可能产生光毒副作用。当难以把光源局限在靶位组织, 如腹腔和胸腔肿瘤时, 为了减少对周围正常组织的毒副作用, 开发靶向型的光敏剂就显得尤为重要。为了增强光敏剂的靶向作用, 许多研究组纷纷开展了光敏剂的药物传输系统研究, 变早期的被动靶向为现有的主动靶向输送方式, 目前采用的主要方法有: 免疫靶向光敏剂[12]、 表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)靶向光敏剂[13]、 低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)靶向光敏剂[14]、 多肽靶向光敏剂[15]以及mRNA靶向光敏剂[16]等。它们分别以高度特异性的肿瘤单克隆抗体(mAb)、 EFGR mAb、 LDL、 胰岛素和转铁蛋白等多肽以及肿瘤基因的反义基因片段(如反义寡核苷酸)为载体, 使光敏剂可以被特异性的靶向癌细胞, 从而提高肿瘤细胞对光敏剂的特异性吸收, 提高光动力学疗法的效率。 3.3 过继免疫疗法(adoptive immunotherapy, AIT) 动物实验显示, 光动力学疗法治愈的荷瘤动物的血清具有过继免疫性转移性。将治愈后动物的血清或脾细胞输入给同种动物, 还可以诱发这些动物的免疫抗拒, 抑制同种移植肿瘤的生长。 3.4 免疫佐剂联合治疗 (1)分支杆菌细胞壁提取物(mycobacterium cell wall extract, MCWE) 是一种非特异性免疫激活剂, Korbelik等[17]将PDT与MCWE联合应用于肿瘤的治疗, 可明显增加免疫效应细胞的活性。(2)卡介苗可放大PDT治疗后T 淋巴细胞介导的抗肿瘤效应, 联合应用PDT和卡介苗可明显提高肿瘤的治愈率, 抑制肿瘤的复发, 且对正常组织的损伤程度减低。(3)二甲基磺醌醋酸(DMXAA)是一种抑制血管生成的细胞因子, 可诱导TNF α产生。Bellnier等[18]联合应用低剂量的DMXAA和低剂量的PDT后发现, 肿瘤的复发率和正常组织的损伤程度均明显降低。(4)补体激活剂将PDT与补体激活剂联合应用, 如肿瘤局部应用酵母多糖或全身应用链激酶, 可增强PDT的疗效,降低肿瘤的复发率[7]。(5)光敏剂吲哚菁绿(indocyanine green, ICG)和新型免疫佐剂——糖化壳聚糖(glycated chitosan, GC)的激光免疫疗法(laser immunotherapy, LIT), 成功地治愈了大鼠乳癌转移肿瘤[19]。新近的实验研究显示, 糖化壳聚糖与血卟啉衍生物(Photofrin)或酞菁类化合物(metatetrahydroxy phenylchlorin, mTHPC)光动力学疗法的联合使用, 与单纯的光动力学疗法相比, 前者可以明显地提高肿瘤治疗的效果。而且, 糖化壳聚糖的免疫刺激作用较其他几种常用的免疫佐剂如弗氏完全佐剂、 弗氏不完全佐剂、 短小棒状杆菌菌苗等的 效果都要明显, PDT与糖化壳聚糖的联合使用有望很快进入临床试验。3.5 DC联合治疗 近年来, 以DC为基础的肿瘤疫苗研究已成为肿瘤免疫治疗的热点之一。DC是目前所认识的体内功能最强大的专职抗原提呈细胞。在提呈“危险”信号如坏死组织或者微生物时, DC逐渐分化成熟, 由周围组织进入次级淋巴器官, 并激发T细胞反应。因此DC可以作为疫苗注射入体内, 诱导特异性抗肿瘤和抗病毒免疫反应。目前有人研究体内直接用肿瘤抗原负载DC的方法, 并初步证实脂质体介导的多肽抗原体内负载DC, 可诱导特异性抗肿瘤和抗病毒免疫反应。另外Jalili等[6]研究发现, 在PDT治疗的肿瘤组织内接种非成熟的DC(intratumoral injection of naive dendtitic cells, IT DC), 可以加强PDT的抗肿瘤效应。Saji等[20]研究也指出, PDT和IT DC联合治疗杀伤肿瘤细胞的作用比单独进行局部PDT或者IT DC效果更明显, 荷瘤鼠的生存期明显延长, 更重要的是联合治疗应用于局部可使远处的肿瘤消失, 如多发性的肺转移灶等。同时, 将脾细胞输入同种动物能诱发这些动物发生免疫抗拒, 这是由于脾内含有肿瘤特异性的细胞毒性IFN γ分泌型的T细胞。 4 结语 由于目前认为免疫治疗还只能清除少量的和播散的肿瘤细胞,对于晚期的实体肿瘤的疗效还有一定的局限性, 只能作为一个辅助疗法。而PDT与免疫疗法的联合应用, 可以进一步提高和改善PDT诱发的抗肿瘤免疫反应。在系统性和长效的抗肿瘤免疫的参与下PDT能达到抗局部原发肿瘤、 甚至抗转移肿瘤和防止肿瘤复发等多种治疗效果。目前这些方面的研究仍限于临床前期的动物实验, 临床研究尚有待加强。但随着研究的进一步深入, PDT在肿瘤治疗和预防复发方面将有更大的应用前景。 【