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卡介苗治疗膀胱癌的免疫机制与研究进展

来源:中国热带医学杂志 作者:蒋翡翎单保恩 2006-12-19
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摘要: China) 摘要: 卡介苗(BCG)是最早用于肿瘤治疗的生物制剂,尤其在浅表性膀胱癌的治疗与防止膀胱癌术后复发有显著疗效。但由于其副作用,使得人们不断地探索其治疗膀胱癌的免疫机制。以及从BCG里提取有效成分并利用重组BCG等方法来提高BCG在膀胱癌的治疗效果并降低其副作用。膀胱癌。...


  The immune mechanism of Bacilli Galmette-Guerin in treatment of blander cancer and research progress.JIANG Fei-ling,SHAN Bao-en.(Laboratory Department of Haikou Municipal People's Hospital,Haikou570208,Hainan,P.R.China)    

  摘要: 卡介苗(BCG)是最早用于肿瘤治疗的生物制剂,尤其在浅表性膀胱癌的治疗与防止膀胱癌术后复发有显著疗效。但由于其副作用,使得人们不断地探索其治疗膀胱癌的免疫机制;以及从BCG里提取有效成分并利用重组BCG等方法来提高BCG在膀胱癌的治疗效果并降低其副作用。本文对有关文献进行综述。   

  关键词:卡介苗;卡介苗有效成分;膀胱癌;免疫机制

  膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿癌之一,其中有90%以上为移行上皮细胞癌,有相当一部分为表浅膀胱癌。除手术治疗外还辅以化疗和放疗,但其复发率高达70%。近年来国内外采用免疫疗法,尤其是采用卡介苗(BCG)膀胱灌注治疗表浅膀胱癌有较好的疗效。大量的研究已经证实,BCG膀胱内灌注对预防术后复发,治疗原位癌,防止肿瘤进展有显著疗效 [1] 。但仍有30%的病人对BCG膀胱腔内灌注无反应,特别是BCG膀胱腔内灌注所致的膀胱局部与全身并发症使得BCG膀胱腔内灌注的应用受到一定的限制。因此,国内外学者不断研究BCG膀胱腔内灌注的作用机制和从BCG提取有效的成分,使其既具有BCG所具有的免疫调节作用,又没有其所带来的副作用。目前,BCG对膀胱癌的免疫治疗进展迅速,现将有关文献综述如下。   

  1 BCG治疗膀胱癌的历史   

  卡介苗(Bacille Calmette-Guérin,BCG)是由强毒的牛型结核杆菌经过13年传种230代所得的减毒牛型结核杆菌悬液制成的活菌苗,最早用于结核病的预防。直到1935年,Sweden的Holmgrea首次报道用BCG治疗癌症。到了二十世纪五、六十年代曾有报道,BCG对白血病、结肠癌、肝癌肺癌和黑色素瘤都有治疗作用。1976年Morales等首先报道,用BCG治疗膀胱癌;1980年Lamm经过严格的对照研究进一步证实了BCG治疗膀胱癌的作用。经过20多年的随机对照研究及大量临床实践证实,BCG膀胱腔内灌注在预防肿瘤术后复发,治疗原位癌,防止肿瘤进展,提高生存率及延长生存时间等方面是一种有效的生物免疫疗法 [1,2] 。   

  2 BCG治疗膀胱癌的作用机理   

  BCG用于膀胱癌治疗的确切机制还不十分清楚,但有研究证明,BCG抗肿瘤是局部免疫机理 [3] 。其抗肿瘤作用分为启动阶段和效应阶段。   

  2.1 BCG抗肿瘤的启动阶段 Ratiff等人在他们的一系列研究中发现,BCG与膀胱纤维黏连蛋白(FN)的结合并被肿瘤细胞内在化是其发生免疫反应和发挥抗肿瘤作用的起始步骤。2.1.1 肿瘤细胞在启动阶段的作用 肿瘤细胞在BCG抗肿瘤的启动阶段中有着很重要的作用。肿瘤细胞在BCG的诱导下,不但表达可引起特异性免疫反应的抗原肿瘤相关抗原(TAA)和交叉反应抗原(CRA) [4] ,而且还表达细胞黏附分子(I-CAM-1),从而增强效应细胞与肿瘤细胞结合。   

  在BCG膀胱腔内灌注治疗后,肿瘤细胞可以表达MHC-II [5] ,MHC-II可通过与巨噬细胞的表达,激活CD4 + T细胞。Ikeda等报道,活BCG可诱导鼠膀胱癌细胞株MBT-2和人膀胱癌细胞株T24、J28等增加表面抗原MHC-II,CD 1 ,CD 80 和I-CAM-1等分子的表达,而且BCG作用过的MBF-2细胞能刺激经BCG激活的淋巴细胞产生IL-2和IFN-γ,这些结果均有力地证明肿瘤细胞有增加APC的特性和功能 [6] 。   

  BCG的胞壁成分(LAM脂阿拉伯—甘露糖,BLP细菌脂蛋白,PGN肽聚糖)可以激活TLRs(Toll-like receptors)钟声蛋白样受体,该受体属于人类IL-1受体家族,有9个亚型,在人类膀胱癌上皮细胞株和人类尿路感染模型上皮细胞也检测到TLR-2和TLR-4的表达,因此可以认为,BCG的胞壁成分(LAM,BLP和PGN)激活肿瘤细胞表面的TLR-2和TLR-4通过一系列细胞内信号传导途径,使肿瘤细胞产生细胞因子和表面分子,如INF-γ,IL-2,IL-7;IL-12,GM-CSF,ICAM-1,B7.1,B7.2等,这些少量的细胞因子和分子可以促进TH 0 细胞向TH 1 细胞转化。李响 [7] 等报道,经BCG刺激诱导后,人膀胱癌细胞株TLR-2和TLR-4分子的表达水平增强,且经BCG刺激后,T 24 细胞的培养上清液中IL-12水平升高,并且与BCG呈剂量效应关系。IL-12的分泌增加与TLR-2和TLR-4表达水平的增强有量效关系,二者具有一致性,而BCG刺激后人膀胱癌细胞株培养上清液中IL-4的分泌量并无明显增加。2.1.2 专职抗原呈递细胞在免疫启动阶段的作用 单核巨噬细胞是专职的抗原提呈细胞,BCG与肿瘤或黏膜上皮细胞接触黏附后,被感染的细胞迅速被组织中的巨噬细胞识别与清除,并将BCG抗原输送给静止的免疫细胞,使之活化为效应细胞。树突状细胞(DC)是目前发现的最有效的抗原提呈细胞,未成熟的DC可以通过吞噬颗粒物质经加工处理后由MHC I类分子呈递给CD8 + T,由MHC II类分子呈递给CD4 + T细胞。方敏等报道,经BCG活化的高表达CD 1 的DC细胞可以充分激活各T细胞亚群,发挥抗瘤效应 [8] 。在抗原提呈这一反应过程中,BCG感染细胞的强烈抗原信号可诱导大量免疫细胞趋向BCG抗原部位,在免疫细胞识别、吞噬与清除BCG感染细胞的同时其自身进一步被BCG抗原激活,使相关静止的NK细胞直接或通过细胞因子激活后者可直接杀伤多种细胞变异细胞。

  2.2 BCG治疗膀胱癌的效应阶段   

  2.2.1 T细胞的作用 抗肿瘤免疫是以细胞免疫为主,BCG主要活化的是CD4 + 和CD8 + 的细胞毒性T细胞。启动免疫应答阶段产生少量的IL-2、IL-12和INF-γ等细胞因子,可以启动针对BCG和肿瘤细胞的特异性免疫反应,使Th 0 细胞向Th 1 型细胞转化,诱导T细胞活化和增殖,介导细胞免疫反应。T细胞通过T细胞受体TCR和CD 3 复合物识别BCG灌注后专职APC和肿瘤细胞上表达增高的MHC I或MHC II类分子,在共刺激分子B7.1(又名CD 80 )和B7.2又名(CD 86 )的参与下被活化。T细胞的活化还可以产生IL-2、IFN、巨噬细胞移动抑制因子(MIF)、巨噬细胞活化因子(MAF)等细胞因子。IFN具有抑制DNA合成、直接溶瘤、增加抗原表达等作用。IL-2可促使T细胞分化增殖,促进T细胞前体转化成杀伤性细胞毒细胞从而发挥抗瘤作用。   

  2.2.2 NK细胞的作用 BCG可以直接通过TLRs激活NK细胞,也可以通过激活单核细胞释放细胞因子IL-12和IFN-α诱导激活NK细胞 [9] ,使其直接对肿瘤细胞进行杀伤。NK细胞通过识别肿瘤抗原与靶细胞结合,结合后微管插入细胞膜,释放NK细胞溶瘤因子(NKCF),NK细胞还可通过多次接触多个肿瘤细胞放大杀伤效应。

  3 BCG治疗膀胱癌的副作用   

  由于BCG是活菌制剂,因此有其特有的副作用,其并发症包括高热、血尿、肝炎,有的患者出现全身各系统并发症。Da-vor等报道,80例肿瘤患者接受BCG腔内灌注治疗后,有90%患者有中度血尿、发烧和尿路刺激症状 [1] 。Hideyuki对51例肿瘤患者行BCG腔内灌注,所有病人都有不同程度的并发症状,有的患者因并发症而中途中断治疗 [10] 。这些严重并发症的发生限制了BCG的广泛应用。

  4 BCG的抗肿瘤有效成分   

  由于BCG所带来的副作用,人们开始从BCG里分离其有效成分来替代BCG。BCG-CW是从BCG提纯的卡介苗细胞壁,是最早报道的用于调节免疫及肿瘤治疗的有效成分。腹腔注射BCG-CW可以明显提高荷瘤小鼠NK细胞的杀伤性,且能促进胸腺细胞的增殖能力 [11] 。荷瘤小鼠腹腔注射BCG-CW还可以在小鼠体内抑制肿瘤细胞的生长。提示BCG-CW可能与BCG一样,保留着BCG的细胞免疫和体液免疫的双重调节作用,提高机体的免疫能力。   

  Morales等从灭活的分枝杆菌提取了分枝杆菌壁提取物(MCWE)对61例有浅表性膀胱癌的病人进行膀胱灌注治疗,经治疗后随访,大多数患者病情保持稳定,表现出极好的耐受性和极小的毒性,MCWE的剂量及毒性均较活BCG小 [12] 。胞壁酰二肽(MOP)是BCG细胞壁骨架中具有免疫活性的最小结构单位,具有很强的免疫调节功能,而罗莫肽(romurtide,RM)是新发现的MOP衍生物,又称硬脂酰胞壁三肽,化学结构为N 2 -[(N-乙酰胞壁酰)-L-丙氨酸-D-异谷氨酰胺]-N 6 -硬脂酰-L-赖氨酸,化学性质稳定,易溶于水,相对分子质量为887100,其免疫活性比MDP更高。它可以诱导人PBMCs分泌高水平的IL-12和GM-CSF,而对Th 2 型细胞因子IL-4产生的影响很小 [13] 。 卡介苗多糖核酸(BCG-PSN)是采用酚醇梯度密度法从卡介苗中提取的物质,它除去了原卡介苗中异种蛋白成分,保留了卡介苗的免疫调节作用,减轻了毒副作用。实验证明BCG-PSN激活淋巴细胞,提高免疫效果,抑制IL-4的产生和促进INF-γ的产生,使处于平衡状态的Th 1 /Th 2 向Th 1 转化 [14] 。   

  CPG序列(CPG motif)是BCG菌DNA所含的非甲基化胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸序列。1984年Tokunaga等 [15] 研究发现,BCG的DNA具有抗肿瘤活性,因此细菌DNA的免疫调节作用被人们广泛认识和重视,后来研究证实细菌DNA所含的非甲基化胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸(CPG)序列是其具有免疫活性的物质基础。CPG通过激活NK细胞、巨噬细胞和DC细胞来发挥抗肿瘤活性 [16] 。CPG-ODNS是具有CPG序列的寡核苷酸,该序列同样具有调节Th 1 型细胞免疫反应的功能,并且在不同的肿瘤模型中证实了其抗肿瘤活性。CPG-ODNS可通过激活天然免疫系统而控制肿瘤的发展,且在初期临床实验过程中CPG-ODNS表现出较低的毒性 [17] 。

  5 BCG治疗膀胱癌的展望   

  随着分子生物技术的发展,使BCG在肿瘤生物治疗中得以广泛应用,尤其是rBCG的构建和应用,使BCG在膀胱癌的治疗又迈向了一个新的阶段。用于治疗膀胱癌的rBCG可以分为两种,一种是表达外来抗原的rBCG。由于BCG的持久刺激机体免疫系统特性,因此可用rBCG做为运载工具表达外来抗原,从而提高Th 1 型细胞免疫反应。Dhar [18] 等报道用rBCG表达结核杆菌的抗原Ag85B,可以提高Th 1 型细胞免疫反应,并且可以通过rBCG来提高表达抗原,降低活BCG的剂量,提高其免疫效果,降低副作用。另一种是分泌细胞因子的rBCG,由于一些细胞因子可以提高机体的细胞免疫,对肿瘤细胞可以进行杀伤作用,但临床用量大,费用昂贵且副作用大,因此可利用BCG持久存在的特性,构建可分泌细胞因子的rBCG。Amold [19] 等报道用rBCG表达分泌鼠IFN-γ(rBCG-IFN-γ)可以增加鼠MB49膀胱癌细胞株表达MHC I类分子,增加CD4 + T细胞的数量及局部产生IL-2和IL-4量的增加;并且,rBCG可以引起Th 1 细胞免疫反应,升高血清INF-γ的水平,抑制肿瘤细胞的生长,延长其寿命。Yamada等报道 [20] ,用Pso246质粒通过电击方法把mIL-2基因转导进BCG构建重组BCG(α-Ag-IL-2),研究它的生物活性及体外对鼠膀胱癌细胞株MBT-2的杀伤作用;证明rBCG能分泌IL-2,增加对MBT-2的细胞杀伤作用,且诱导鼠腹腔巨噬细胞分泌的细胞因子如IL-12,INF-γ,TNF-α的活性比亲本的BCG高,因此rBCG分泌IL-2具有抗肿瘤活性及诱导细胞因子产生的能力。   

  Luo等构建能分泌鼠IL-18的重细BCG(rBCG-mIL-l8) [21] ,经其免疫的鼠脾细胞在BCG抗原刺激下可引起IFN-γ和GM-CSF产生量升高,降低IL-10的分泌,提高细胞的增殖能力,加强巨噬细胞对膀胱癌细胞株MBT-2的杀伤作用,并呈剂量依赖性。因此rBCG是一种有希望治疗膀胱癌,降低临床BCG的剂量和副作用的生物剂。

  6 结束语   

  随着研究的深入,更多的阐明了BCG的免疫调节机理。由于分子生物学、生物工程、免疫学基础理论的发展,为BCG治疗膀胱癌奠定了坚实的基础,将得到突破性发展。不久的将来,具有良好抗肿瘤效果,又无副作用的BCG生物制剂将成为膀胱癌免疫治疗的一种新途径。

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  作者单位:

  1.海口市人民医院,海南海口 570208;

  2.河北医科大学第四医院科研中心,河北石家庄 050011.


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