第一章　肿瘤生物治疗概论

肿瘤生物治疗（tumor biotherapy）是应用现代生物学技术、生物制剂和小分子化合物等，通过免疫、基因和靶向治疗的方法，激发机体免疫保护机制，干预肿瘤关键基因和信号传导通路中的重要分子，达到治疗肿瘤和预防其复发的目的。肿瘤生物治疗的作用机制包括：调节免疫监视，恢复机体免疫平衡；降低肿瘤对宿主的免疫抑制，提高机体肿瘤免疫应答；直接或间接的细胞毒性作用或抗肿瘤增殖作用；干扰肿瘤生物学行为，调节肿瘤细胞生长分化；减轻放化疗不良反应，增强宿主耐受力等。

肿瘤生物治疗在国外的发展历史悠久，早在1985年，美国国立卫生研究院就把肿瘤的生物治疗列为肿瘤综合治疗的第四大模式。2000年，美国举行的“国际肿瘤生物治疗基因治疗年会”也指出，生物治疗是目前已知的唯一有望完全消灭癌细胞的治疗手段。我国生物治疗的发展起步于20世纪90年代，随着各大生物治疗专业组织的相继成立，中国肿瘤生物治疗的发展取得了令人瞩目的成绩。2009年6月，卫生部84号文件准许自体免疫细胞治疗技术作为第三类医疗技术进入临床，并对细胞治疗技术的临床应用进行规范化管理，成为我国肿瘤生物治疗史上的里程碑事件。

肿瘤生物治疗包括：肿瘤生物免疫治疗、肿瘤基因治疗和肿瘤靶向治疗等。

过继性免疫细胞治疗（adoptive cellular immunotherapy，ACI）是通过回输在体外培养扩增的、具有抗肿瘤作用的免疫细胞，直接杀伤肿瘤或激发机体抗肿瘤免疫反应的治疗方法。常见的过继性免疫细胞包括：淋巴因子激活的杀伤细胞（lymphokine activated killer，LAK）、细胞因子诱导的杀伤细胞（cytokine induced killer，CIK）、肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte，TIL）、树突状细胞（dendritic cells，DC）、自然杀伤细胞（natural killer，NK）和DC－CIK细胞（dendritic cells－cytokines induced killers，DC－CIK）等。

淋巴因子激活的杀伤细胞（LAK）是将外周血单个核细胞（PBMC）在体外经IL－2诱导培养出的一种非特异性杀伤细胞。LAK细胞抗瘤谱较广，可以杀伤对CTL、NK不敏感的多种肿瘤细胞。

细胞因子诱导的杀伤细胞（CIK）是由血液或骨髓的单个核细胞在体外与多种细胞因子共同培养获得的一群NK样T细胞，兼有T细胞的抗瘤活性与NK细胞非MHC限制性的杀瘤特点。

肿瘤浸润性淋巴细胞（TIL）是存在肿瘤周围的一群异质性细胞，TIL在肿瘤周围浸润的程度及CD8 ⁺T细胞所占的比例与肿瘤患者的预后呈明显正相关。用于过继性细胞治疗的TIL常从肿瘤组织中分离，并加入IL－2培养而获得。TIL是继LAK细胞之后的第二代抗肿瘤免疫活性细胞，其杀瘤活性较LAK细胞强约50～100倍。

树突状细胞（DC）是目前已知的功能最强的专职抗原呈递细胞，可激活初始T细胞，并诱导特异性的细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）生成，在机体抗肿瘤、抗感染等方面发挥着重要的作用。目前认为，凡具有典型的树突状形态，膜表面高表达MHCⅡ类分子，可移行至淋巴器官并刺激初始型T细胞增殖活化，并具有某些相对特异性表面抗原的一类细胞均可称为DC。用于过继性细胞治疗的DC多应用肿瘤相关抗原或抗原多肽体外冲击致敏DC，回输或接种于载瘤宿主，以诱发特异性CTL的抗肿瘤免疫反应。

自然杀伤细胞（NK）是机体重要的天然效应细胞，由骨髓造血干细胞发育而成，主要分布于外周血和脾脏，占外周血淋巴细胞的10%～15%。由于NK细胞对靶细胞的杀伤活性无MHC限制性，不依赖抗体，无需预先致敏直接杀伤肿瘤细胞，因此称为自然杀伤细胞。

DC－CIK细胞（DC－CIK）是指与DC细胞共培养的CIK细胞。成熟的DC细胞可有效地诱导抗原特异性T细胞增殖和活化，是机体抗肿瘤免疫反应的主要启动者和参与者，而CIK则具有T细胞的抗瘤活性与非MHC限制性杀瘤特点。DC－CIK细胞兼有DC与CIK两种免疫细胞的重要特性，可产生更为高效的免疫应答。

肿瘤疫苗是指含肿瘤抗原基因或肿瘤抗原肽的疫苗。肿瘤疫苗接种是通过人工设计的免疫应答来帮助人体产生“自卫”反应。肿瘤疫苗主要分为两大类：预防性疫苗和治疗性疫苗。预防性疫苗是一种天然病原体的改良形式或其组分，在病原体感染之前给予个体，从而建立长期存活的、病原体特异性的记忆淋巴细胞的扩增克隆，因此当个体首次遭遇此天然抗原时，会发生再次应答而非初次应答，大大降低个体罹患严重疾病的可能性。目前预防性疫苗用于预防病毒来源的肿瘤已获得相当大的成功，如人类乳头状瘤病毒（Human papillomavirus，HPV）疫苗，主要用于预防HPV 16和HPV18型所导致的宫颈癌，在包括我国在内的多个国家已获得批准上市。治疗性疫苗是设计用于治疗或缓解已有疾病，而非预防疾病的疫苗。治疗性疫苗用于肿瘤治疗的原理主要是，利用被处理过的肿瘤细胞中独特的肿瘤抗原上调，引发有效的抗肿瘤免疫效应反应，通过刺激机体免疫反应来消除肿瘤。目前最为成功的治疗性疫苗为2010年4月美国FDA批准的用于治疗晚期前列腺癌的DC疫苗Provenge（sipuleucel T）。

肿瘤疫苗根据来源的不同，可以分为：细胞疫苗（cell－based vaccine），如肿瘤细胞疫苗、树突状细胞疫苗等；病毒疫苗（virus－based vaccine）；蛋白/多肽疫苗（protein－and peptidebased vaccine）；DNA疫苗（DNA－based vaccine）；抗独特型疫苗（anti－idiotype vaccine）和异种疫苗（xenogeneic vaccine）等。

细胞疫苗是将整个细胞，经过物理因素（如射线照射、高温）、化学因素（如酶解）以及生物因素（病毒感染、基因转移等）的处理，改变或消除其致瘤性，保留其免疫原性而制成的疫苗。抗肿瘤细胞疫苗常与佐剂联合应用，以提高其抗肿瘤疗效。

病毒疫苗多指突变病毒疫苗，其中病毒的基因组是有缺陷的，从而使其传染性丧失。突变病毒一方面能保护由机体免于遭受相应的野生型病毒感染；另一方面，也可用作载体负载免疫原性蛋白。

蛋白/多肽疫苗是利用一些独立的有保护性T细胞和B细胞表位的蛋白或多肽制成的疫苗。蛋白/多肽疫苗的确切分子组成是已知的，没有恢复其致病表型的可能性。此外，由于疫苗的基础片段相对较小，不易与其他更大的实质物质（如传染性病原体或遗传物质等）共纯化而被污染。

DNA疫苗是指将肿瘤衍生DNA序列引入接种者，并在其体内直接合成具有免疫原性的病原体蛋白质。DNA疫苗又包括重组载体疫苗和裸DNA疫苗。重组载体疫苗是利用相对减弱的病毒或细菌作为载体携带肿瘤DNA而形成的疫苗；而裸DNA疫苗则是将肿瘤抗原的编码基因克隆入质粒，在大肠埃希菌中大量复制，而不在人类细胞中进行。细菌大量培养后裂解，疫苗质粒经纯化后注射入接种者体内。

抗独特型抗体是由独特型刺激机体产生的抗体。独特型（idiotype，Id）即位于抗体分子可变区的抗原决定簇，是位于抗体可变区内高变区的遗传标志。本质上，独特型的差异是由抗体轻链可变区（VL）和抗体重链可变区（VH）内高变区氨基酸序列不同所致。这种氨基酸序列的差异也是抗体特异性的分子基础，不同特异性的抗体分子其独特型也不同。独特型由若干表位组成，称为独特位（idiotope）。

异种疫苗是利用异种生物的细胞、蛋白、多肽或基因等作为抗原制备的疫苗。该种疫苗的作用原理为利用异种同源基因在进化过程中所形成的微小差异，诱导机体产生针对异种同源蛋白及自身肿瘤靶抗原的交叉免疫应答，从而打破机体对自身肿瘤靶抗原的免疫耐受，激发机体抗肿瘤免疫应答，以达到治疗肿瘤的目的。

免疫调节剂是一类可特异或非特异地增强或抑制机体免疫反应的药物，也可称为免疫刺激剂或佐剂等。临床上常见的免疫调节剂有干扰素（interferon，IFN）、白细胞介素（interleukin，IL）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）、集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF）等细胞因子，胸腺肽，卡介苗及部分中成药，如一些抗癌中草药和生物调节样作用药物等。其中，细胞因子是应用最为广泛、疗效最为明确的免疫调节剂。

细胞因子（cytokine，CK）是一类由活化的免疫细胞（淋巴细胞、树突状细胞、巨噬细胞等）和非免疫细胞（如成纤维细胞、血管内皮细胞、上皮细胞及某些肿瘤细胞等）所分泌的小分子蛋白物质的统称，能够作用于分泌细胞本身或邻近的其他细胞，具有调节固有免疫和适应性免疫效应、促进炎症反应、促进造血，以及刺激细胞活化、增殖、分化等多种生物学功能。

干扰素（IFN）为一类具有广谱的抗病毒、抗肿瘤和免疫调节功能的活性蛋白，因具有干扰病毒复制的作用而得名。根据其来源及生物学活性，干扰素可分为两大类：Ⅰ型干扰素（IFN－α、IFN－β、IFN－ε等）和Ⅱ型干扰素（IFN－γ）。其中，IFN－α是第一个用于临床的重组基因细胞因子。

白细胞介素（IL）是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子。主要作用于T细胞、B细胞及NK等多种靶细胞。通过靶细胞上的受体来传递免疫信息，激活、调控血细胞的生长、分化和增殖，参与机体的免疫应答。由于最初由白细胞产生且在白细胞间发挥作用而得名。IL－2是最早应用于抗肿瘤治疗的免疫调节剂之一。

肿瘤坏死因子（TNF）是一个分子家族，包括来源于巨噬细胞的TNF－α和来自淋巴细胞的TNF－β。TNF一度由于其专一杀伤肿瘤细胞而不损伤正常细胞的特性而受到广泛关注。但遗憾的是，目前大多关于TNF的临床试验都因其带来的全身性毒性反应，如低血压、血管渗漏、发热和神经毒性等而宣告失败。

集落刺激因子（CSF）是一类刺激各类造血干细胞生长和分化的因子，包括G－CSF、M－CSF、GM－CSF、EPO、TPO和SCF。目前，G－CSF、GM－CSF和EPO已获批作为药物进入市场，主要用于化疗所致的严重粒细胞和红细胞减少等。

胸腺肽最初发现于牛的胸腺，被认为是一种胸腺激素。后来发现，胸腺肽普遍存在于各种组织细胞中。胸腺肽可分为α、β和γ族，各族又可分为不同的亚型。目前用于临床的主要是α族胸腺肽。α族胸腺肽具有免疫增强作用，可促进T细胞、NK、LAK、外周血单核细胞等的增殖及杀伤活性，促进IL－1β、IL－2和TNF－α等细胞因子的分泌。另外，其还与细胞的有丝分裂和细胞分化有关。

卡介苗（bacille calmette－guerin，BCG）是最早用于肿瘤治疗的免疫佐剂，它的抗肿瘤机制尚未完全阐明，普遍认为其诱发非特异免疫反应和炎症，从而增强淋巴细胞的活性、中性粒细胞和巨噬细胞的吞噬能力，提高机体的抗肿瘤免疫反应。

中医药防治肿瘤的研究，最早是从抗癌中草药的筛选工作开始的。半个世纪以来，我国已对3000余种中药和近300个复方进行抑瘤筛选，试验验证有效的中药有近200种，其中半数已进行了较为系统地临床验证，研发了长春新碱等近40个抗癌新品种。

肿瘤基因治疗是在核酸水平上开展的肿瘤治疗。1993年美国FDA给予基因治疗的定义为“基于修饰活细胞遗传物质而进行的医学干预”。2003年中国国家食品药品监督管理局（SFDA）将其定义为“以改变细胞遗传物质为基础的医学治疗”。实质上基因治疗即一种以预防和治疗基本疾病为目的的人类基因转移技术，是以改变人的遗传物质为基础的生物医学治疗。根据治疗的主要途径可分为：抑癌基因治疗、癌基因治疗、免疫基因治疗、自杀基因治疗、药物敏感基因治疗和多药耐药基因治疗等。

抑癌基因（tumor suppressor gene），又名抗癌基因（antioncogene）、肿瘤易感基因（tumor susceptibility gene）。自20世纪80年代第一个抑癌基因Rb发现以来，目前已知的抑癌基因已有十余种。研究表明，半数以上的恶性肿瘤患者存在抑癌基因的失活，可见抑癌基因失活与肿瘤生长有着密切的关系。因此，将正常抑癌基因导入肿瘤细胞，以补偿和替代突变或缺失的抑癌基因，以达到抑制肿瘤生长或逆转其表型的抑癌基因治疗策略，成为肿瘤基因治疗中一种重要的治疗模式。目前应用较多的是p53抑癌基因治疗。

癌基因（oncogene）又名转化基因，是人类或其他动物细胞以及致癌病毒基因组中固有的，在一定条件下能使正常条件下的正常细胞转变为恶性细胞的核苷酸序列。癌基因治疗主要是利用碱基互补配对原则，将反义核苷酸导入细胞，或者导入核酶或干扰RNA，通过与细胞内靶RNA结合，封闭或降解靶mRNA，在翻译水平阻断癌基因的异常表达，或者破坏某个基因的结构而使其不能表达，从而达到治疗肿瘤的目的。

免疫基因治疗是利用基因进行的免疫治疗，是肿瘤基因治疗策略中研究最多的治疗方式，包括细胞因子基因治疗、肿瘤抗原基因疫苗治疗、MHC基因治疗、共刺激分子基因治疗等。基因免疫治疗的优点主要在于，无需佐剂，可同时诱导体液和细胞免疫，且免疫应答持续时间长。

自杀基因治疗是在肿瘤细胞中导入编码某一敏感因子的基因，使该肿瘤细胞对原本无毒或低毒的药物产生特异的敏感性而被杀伤。当前自杀基因治疗研究大多通过编码病毒或细菌的酶来介导药物敏感性，即使肿瘤细胞产生可将药物的无活性形式转变成毒性代谢产物的酶，从而产生对药物的敏感性。常用的自杀基因有单纯疱疹病毒胸苷激酶（HSV－TK）基因、大肠埃希菌胞嘧基因等。

药物敏感基因治疗是将外源基因插入肿瘤细胞，改变肿瘤细胞对药物的敏感性，使肿瘤细胞对抗肿瘤药物的敏感性显著提高。

耐药基因治疗则是在造血干细胞中导入耐药基因，使造血干细胞获得广谱的抗药性，或使用耐药基因的突变体，以获得比野生型更有效的骨髓保护作用，从而提高造血系统对化疗的耐药性，以便加大化疗剂量，在不造成白细胞或血小板下降的同时最大限度地杀灭肿瘤细胞。

肿瘤靶向治疗是通过有针对性的分子干预，阻止肿瘤细胞增殖和转移，恢复或提高机体抗肿瘤免疫效应，从而抑制肿瘤生长的治疗方法。肿瘤靶向治疗具有特异性强、治疗效果明显、不良反应少等特点，目前已有越来越多的靶向治疗药物获批进入临床，取得了令人欣喜的疗效。常见的靶向治疗药物包括：作用于特定分子靶点的小分子化合物，如吉非替尼（gefitinib）、索拉非尼（sorafenib）、伊马替尼（imatinib）、帕唑替尼（pazopanib）、瑞戈非尼（regorafenib）、曲美替尼（trametinib）、达拉菲尼（dabrafenib）和威罗菲尼（vemurafenib）等；以及单克隆抗体，如曲妥珠单抗（trastuzumab）、帕妥珠单抗（pertuzumab）、西妥昔单抗（cetuximab）、利妥昔单抗（rituximab）、阿伦单抗（alemtuzumab）、贝伐单抗（bevacizumab）、伊匹单抗（ipilimumab）和德尼单抗（denosumab）等。

用于靶向治疗的小分子化合物指具有明确作用靶点的非细胞毒性小分子化合物，可通过阻断肿瘤细胞中异常活化的激酶、生长因子和信号转导途径来抑制肿瘤的生长，从而达到治疗的目的。目前已被批准用于治疗肿瘤的小分子靶向药物主要属于酪氨酸激酶抑制剂和血管生成抑制剂等。

单克隆抗体治疗是以抗体为基础的免疫治疗，具有高度的特异性和专一性。单克隆抗体药物不仅可以直接启动生长抑制信号或诱导肿瘤细胞凋亡，也可间接激活宿主防御机制而发挥抗肿瘤作用。更为重要的是，单克隆抗体还可有效地携带毒素、放射性核素和化疗药物等各种“武器”达到靶位置发挥抗肿瘤效应，是当前生物制药研究一个备受瞩目的热门领域。