免疫系统可识别自身抗原和外来抗原,产生对自身抗原的耐受和对外来抗原的免疫应答,在不引起自身免疫的同时,清除外来抗原和自身异常细胞。将肿瘤相关抗原(tumor-associatedantigen,TAA)转入树突状细胞(dendriticcell,DC)引起对肿瘤的特异性免疫应答是肿瘤免疫治疗的方法之一。肿瘤相关抗原转入DC细胞有病毒载体和非病毒载体方法,前者以慢病毒载体为首选。
一、 慢病毒载体设计优化
慢病毒除了具有一般逆转录病毒gag、pol和env3个基本基因结构外,还包含4个辅助基因vif、vpr、nef、vpu和2个调节基因tat和rev。慢病毒载体(lentiviralvector,LV)作为外源基因载体,已广泛地用于体外细胞的转染和基因治疗的研究。慢病毒是逆转录病毒的一个亚类,重组慢病毒载体源于灵长类或非灵长类,前者如人、猴免疫缺陷病毒,后者如马、猫、牛免疫缺陷病毒。最佳的载体应该是小型化、自身失活的载体,为此,删除病毒基因组某些基因和病毒蛋白,使用不同的表达盒表达复制酶和包膜糖蛋白,由非慢病毒属提供包膜糖蛋白,水泡性口膜炎病毒外膜(vesicularstomatitisvirusglycoprotein,VSVG)是最常用的病毒包膜,基于慢病毒的用途不同,许多有独特特性的包膜糖蛋白也可作为慢病毒包膜。在自身失活(SIN)慢病毒载体中,慢病毒包装蛋白使用CMV启动子,而具抗原提呈细胞(antigen-presen-tingcells,APC)特异性转入慢病毒载体使用HLA-DRα启动子。目前应用慢病毒载体导入宿主细胞的病毒自身DNA不足lkb,在宿主细胞中,只有其携带的外源基因得到表达。
二、慢病毒载体介导的免疫应答
1999年第一次应用慢病毒载体将外源基因转入外周血来源的静止CD14+DC祖细胞(MoDC),此后,非分裂细胞,如人和鼠骨髓来源DC细胞,均被成功转入外源基因。体外将TAA,如MAGE-3、Melan-A/MART-1、酪氨酸酶、卵蛋白、人和鼠rRP-2转入DC细胞,DC将TAA提呈并激活分化成熟的CD4+和CD8+细胞系。T细胞迁移至肿瘤部位发挥抗肿瘤免疫效应。慢病毒转入TAA的DC细胞可在体外激活幼稚淋巴细胞。Dullaers等研究发现慢病毒转OVA基因骨髓来源的DC细胞(BMDC)介导强烈的CTL抗肿瘤免疫反应,抑制肿瘤形成,制约肿瘤向外生长,相同的方法转三种肝癌相关抗原,激活CT4+和CD8+T细胞对三种抗原作出免疫应答,导致肿瘤缩小,三种抗原在肝癌中异常丰富表达,为未经修饰的自身抗原,作者推测三种抗原的共表达打破了抗原丢失引起的肿瘤逃逸现象。Lurquin等研究发现肿瘤及肿瘤周边大量细胞毒性T细胞(cytotoxicTcell.CTL)浸润,但肿瘤却未见缩小。其机制可能是T细胞免疫应答需要三个信号,一是T细胞受体识别MHC抗原肽复合物,二是共刺激信号,三是炎症反应。对于信号3,Yang等研究表明TOLL样受体TLR在此发挥重要作用,TLR与外来抗原的持续作用可使免疫系统逃离免疫耐受。在体内,诸多细胞因子,如TGF-β、IL-IO家族抑制机体抗肿瘤免疫。Fe-hervari等研究发现CD4+T细胞的一个亚类Treg对效应T细胞有接触抑制能力,DC细胞TLR受体与抗原的持续作用可抑制Treg的接触抑制能力。在TAA转入DC的同时提供TLR受体与抗原相互作用的信号可打破机体对TAA的免疫耐受。虽然慢病毒载体在体内繁殖衰减,但是它们仍然可以为固有免疫系统所识别提供信号
三、抗肿瘤疫苗
1.携带TAA的DC疫苗
慢病毒转基因DC细胞介导的T细胞免疫应答对肿瘤预防和治疗作用明显强于其他方法产生的转基因DC细胞。APC家族包括B细胞,巨噬细胞和树突状细胞,通过慢病毒载体很容易将外源基因转入巨噬细胞,但是巨噬细胞归巢缺乏特异性,很难将其改造为抗肿瘤疫苗。B细胞表达的黏附分子和趋化因子受体引导其到达淋巴器官,引起特异性免疫效应,但是B细胞的激活扩增需要表达CD40L细胞的协同作用,不但耗费大量时间,而且B细胞扩增数量偏少。对于DC细胞,没有以上问题困扰,有病毒、非病毒转基因方法,细胞大量扩增方法也较成熟n4-,是抗肿瘤疫苗的首选细胞。
2.携带TAA的慢病毒载体疫苗
目前,慢病毒载体携带外源基因转入宿主细胞的靶向性问题,主要解决方法有两个:一是应用靶细胞特异性表达基因的启动子作为载体外源基因的启动序列,如BDCA-2启动子,利用PDC细胞中特异性表达BDCA-2蛋白的启动子构建的慢病毒载体注入动物模型后,其携带的外源基因在PDC中特异性的表达,缺点是这种方法使外源基因的表达水平明显降低;二是修饰载体包膜,病毒颗粒是在包装细胞中产生的,病毒颗粒从包装细胞分泌出芽过程中,包装细胞细胞膜参与构成病毒颗粒包膜的一部分。Chan-drashekran等研究表明在干细胞因子表达的包装细胞产生的逆转录病毒优先转染e-kit表达的人类干细胞,这种方法可以改良用于构建慢病毒载体,这种载体具有高表达、高靶向性的特点。VSVG包膜慢病毒载体具有高稳定性、高滴度的优点,应用广泛,缺点是可被人免疫血清快速灭活、潜在的毒性作用及宿主细胞的非特异性,通过聚乙二醇的化学修饰可抑制这种免疫血清的灭活作用,通过VSVG包膜的生物性修饰可增加转基因的靶向性,同时保留其高稳定性、高滴度的特点。慢病毒载体携带的外源基因高靶向性的转入目的DC细胞,外源基因在靶细胞中高表达,对于肿瘤的免疫治疗具有重要意义,为动物模型试验过渡到临床试验创造条件。
3.慢病毒载体疫苗优于DC疫苗
抗肿瘤治疗的强弱主要是抗原特异性的CTL介导的,与DC疫苗相比,活体注入携带外源基因慢病毒载体引起的免疫效应更强、更持久。Dullaers等将慢病毒转OVA基因载体及慢病毒转OVA基因DC细胞免疫老鼠,结果显示前者对于老鼠防止荷瘤和提高老鼠的生存率明显优于后者。
免疫系统视TAA为自身抗原,导致免疫耐受以及抗肿瘤免疫应答的激活抑制。慢病毒载体通过TLR信号和其他机制介导DC的激活作用。慢病毒载体基本不含病毒蛋白,但引起的免疫效应却强于DC疫苗,给我们一个启示,慢病毒载体本身具有不同程度的免疫原性,至今,这个问题仍有争议。Gruber等研究表明慢病毒感染的MoDC与未感染的MoDC在活性和免疫表型上并无区别,未成熟DC仍保留吞噬潜能和分化成熟刺激自身CD8+T细胞引起万方数据初级CTL免疫应答的能力。然而Chen等研究发现慢病毒感染的MoDC引起DC细胞免疫表型的抑制,虽然DC细胞仍可刺激同种T细胞增殖的能力,但刺激幼稚CD+T细胞分化为Thl效应细胞的能力、抗原呈递能力和T细胞共刺激能力都明显降低,同时细胞因子的产生也受到影响。Breckpot等则研究发现慢病毒感染的MoDC具有活化的表型,并且MoDC表型变化是剂量依赖性的,与TLR3,TLR2和TLR8(分别结合dsRNA,病毒成分和ssRNA)息息相关。在动物模型体内研究方面,Vandendriessche等研究表明与活体外慢病毒感染后的MoDC-样,IL-6在活体注入慢病毒后短暂分泌,同时DC细胞的亚型类浆细胞(PDC)也被激活了,作者推测TLR7或TLR9参与其中。
当前,高水平、大量、价格适宜的重组慢病毒颗粒生物制品的生产仍有困难,虽然慢病毒载体的设计取得了巨大的进步,但是慢病毒颗粒产品的生产方案仍是停滞不前、依据经验、缺乏标准的。
四、前景与展望
慢病毒载体与其他逆转录病毒载体相比,具有许多优点,携带的外源基因在宿主中表达时间长、毒性低、可携带的外源基因片段大、不易诱发宿主免疫反应,在靶细胞的免疫治疗中具有较好的应用前景。慢病毒介导的免疫治疗,不但可以用于治疗肿瘤,还可以用于治疗感染性疾病、自身免疫性疾病及器官移植排斥反应。在慢病毒应用于临床免疫治疗之前,许多问题尚待解决,如生物安全、生物干扰和靶向性问题,近年来,生物安全和生物干扰取得了巨大进展,慢病毒载体基因重组、繁殖衰减和自身失活避免了慢病毒的体内重组,位点专一的整合和非整合的慢病毒消除了潜在的病毒介导的基因突变。目前,最大的困难是病毒感染的靶向性问题,这方面,作者开拓了许多方法,在不久的将来,有望解决外源基因的转入靶向性问题。