T细胞输入疗法-癌症治疗新境界

文、图／赵荣杰        张隆基*

    台中市杰出诊所  美国佛罗里达州大学医学院分子基因生物学*

 

前  言

癌症免疫疗法( cancer immunotherapy)是现代癌症治疗的领先趋势，包括癌症疫苗、免疫调节激素1及标靶治疗在内的癌症免疫疗法，都是利用身体免疫反应来治疗癌症。与一般常用的单株抗体标靶药物不同，本文要介绍的是免疫细胞标靶治疗( targeted immune effector cells，TIE)  ，又称为[T细胞输入疗法]  ( adoptive cell therapy，ACT) 2-3，是将高效能的自体T细胞直接标靶到癌细胞特异抗原上，直接歼灭癌细胞。T细胞是身体免疫系统中对抗癌细胞最强而有力的防卫成员，它借着所拥有的接受器(T cell receptor，TCR)  ，直接与癌细胞上的特异抗原结合。今天，包括美国国家癌症中心( National Cancer Institute，NCI)在内的几所顶尖实验室，已经可以将癌症病人的T细胞在体外( ex vivo)进行筛选分离出特异性高、生命力强的T细胞，然后再扩增这些有效的T细胞的数量（约几千万个至几亿个），最后回输到体内消灭癌细胞(4-5)(图1)。

这种高难度又耗费实验室人力的个人化医疗服务，突破了许多传统癌症治疗的困境。最新的研究数据显示，T细胞输入疗法合并传统化学治疗，或手术治疗、放射治疗，能让癌症治疗反应率大大提升(6)，甚至让以往只能接受缓和性治疗的晚期癌症病患，因为输入质高量多的T细胞，导致肿瘤萎缩而治愈。

 

【T细胞输入疗法】的治疗过程

1．抽取并分离癌症病人的血液

    首先，使用白血球分离机( leukapheresis)抽取病人的血液，经过约2个小时的时间，取得约60cc的浓缩单核白血球( peripheral blood mononuclear cells，PBMCs)。之后立即送到实验室进行处理。

2．实验室中分离出T细胞及培养树突细胞

    在实验室中，技术人员先将这些单核白血球放在培养皿中。放置一段时间后取出上层的细胞，即是T细胞，冷冻起来备用。下层黏在培养皿的细胞则是单核细胞，经过培养后会转成树突细胞( dendritic cell)：再将这些树突细胞与经由特殊技术处理后之病人癌细胞抗原融合一起，藉由树突细胞表现出这些癌细胞的抗原。随后加入之前取出的T细胞一起培养。

图1T细胞输人疗法流程图

3．筛选出对抗特异抗原的T细胞

    T细胞与树突细胞经过一段时间的培养后，少数 (<10%)拥有癌抗原接受器的T细胞，因为可以和树突细胞上的癌抗原结合而被刺激活化，最后生存下来：大部分没有这种接受器的T细胞则会逐渐死亡。这些存留下来的是能标靶癌细胞上抗原的T细胞，当T细胞上的接受器与癌细胞的抗原结合时，会引发T细胞分泌细胞激素(例如IFN-扰和IL-2)分解、消灭癌细胞。

4．扩增T细胞的数量，回输体内

    这些经过万中选一、筛选过的T细胞，是有作战能力的T细胞，之后经由特殊培养液的活化，不断的分裂与增生，最后蜕变成一群包括杀手T细胞( cytotoxic T cell)  、辅助T细胞(helper T cell)与记忆T细胞( memory T cell)等相互搭配、合作杀癌的特异性T细胞，数量约几千万个，然后再回输到病人体内。

 

肿瘤脱逃机制

回输到病人体内( in vivo)后，这些特异性T细胞会聚集到癌组织、攻击癌细胞，最后造成肿瘤萎缩。在这段扑杀癌细胞的过程，有两个难题需要克服：一是有部分癌细胞会隐藏细胞上的抗原让T细胞找不到，或是肿瘤内招募的调节T细胞和骨髓抑制细胞(regulatory T cell和myeloid suppressor cell)会直接削弱T细胞，以及癌细胞分泌抑制激素( IL-10，TGF-ɑ)来削减T细胞的攻击能力，这些都是肿瘤癌症容易复发或治疗失败的原因。

第二个难题是，这些T细胞在体内能够生存多久？以往的观念是回输的T细胞在体内存活时间不到7天，但是现在的技术能力，包括制造记忆T细胞让免疫系统永远记住癌细胞抗原、注射免疫调节剂、以及缩短T细胞在实验室培养分裂的时间，都大大地延长了T细胞在体内猎杀癌细胞的时间(9)。

 

营造T细胞输入的优质环境

那么要如何解决肿瘤脱逃的难题呢？科学家观察发现，使用免疫细胞回输到接受骨髓移植后的白血病患者，可以治愈血癌复发或术后病毒感染的问题。之后经过多年的研究分析，现在已经知道因为白血病病人在接受骨髓移植前，需使用大量化学药物或放射线照射，清除原本体内罹癌的白血球，同时也消灭了体内的免疫抑制细胞(10)，：这将使得体内癌组织干疮百孔、岌岌可危，这时候再回输大量精挑细选、骁勇善战的T细胞，那么将给予“丧失防卫能力”的肿瘤致命的一击，最后完全消灭残余的癌细胞。另一方面，因为化疗及放疗也消灭了原本体内的免疫细胞（大部分是对癌细胞没作战能力的，也包括T细胞），使得竞争血液中营养素的免疫细胞变少了，因此回输的特异牲T细胞能够获得更充足的养分，延长在体内存活的时间与机率。因此，在回输T细胞之前，适当的化疗或放疗不仅可以达到肿瘤体积缩小的目的，更可以营造一个T细胞输入的优质环境，以彻底歼灭癌组织。

 

【 T细胞输入疗法】的临床应用

经过二十几年来的临床研究发展，T细胞输入疗法的技术已经愈来愈纯熟。今天，全世界顶尖的肿瘤科专家都把焦点转到T细胞的治疗应用上。美国国家癌症中心的罗森博格医师是这个领域的专家，根据最新一份研究报告，他们使用T细胞输入疗法治疗恶性黑色素瘤的有效率达到72%( objective response rate)(11)。而德州贝勒医学院的赫斯洛普博士领导的T细胞治疗团队，则对白血病患者在接受骨髓移植后产生的血癌复发及EB病毒引发的淋巴癌有优异的治疗成果（12），现在更进一步使用基因改造的T细胞来治疗包括多形性胶质母细胞瘤( glioblastoma  multiforme)在内的其它癌症(13)。另外，因为EB病毒特异抗原是很好的标靶目标，所以使用T细胞治疗EB病毒并发的鼻咽癌也有不错的成果。2005年，她们发表了6例未期或复发的鼻咽癌病人，在接受T细胞输入后，其中有2例完全缓解(complete response)  ：1名病人接受2次T细胞输入治疗后，肿瘤萎缩24%，于是又接受另外3次T细胞输入，在第15个月接受PET影像检查时已无肿瘤：另一病人在治疗6个月后病理切片检查呈现阴性(14)。

此外，日本东京大学医学研究所使用T细胞输入治疗非小细胞肺癌复发的病人，改善了病人整体生活质量，因此他们建议T细胞输入是一种安全而适合的治疗(15)。在中国，由美国佛州大学医学院张隆基教授领导的研究团队，跟北京协和医院及道培医院展开一系列血癌、淋巴癌、乳癌的临床研究，成果丰硕(16)。另外，肝癌、肾脏细胞癌、卵巢癌以及其他上皮细胞癌的临床应用和治疗成效，也是令人期待的(17-19)。

合并疗法拟定完整的癌症治疗

    癌症治疗是整合性的医疗，包括手术治疗、化学治疗、放射治疗及免疫治疗，都应互相搭配，并为每个病人拟定独立、完整的治疗计划。T细胞输入疗法是免疫疗法中最直接、有效的治疗方式，病人接受这种免疫细胞标靶治疗时，是使用自体的T细胞，副作用少、安全性高(20)，是现代癌症治疗不可或缺的一员。

然而T细胞疗法成功的先决条件在于要抽取出健康的免疫细胞，所以如果癌症病人已经接受化疗或放疗，易体将无法有足够的健康免疫细胞可供使用，那么治疗的成效将会大打折扣。所以当病人癌症被诊断出来后，我们必须拟定一个完整的治疗计划(图2)。可以先为病人采血，准备T细胞分离、培养：接下来藉由手术切除或部分切片取得自己的癌组织，进行癌细胞体外培养，供实验室中T细胞及树突细胞培养、标靶使用。接着病人可以接受传统化学治疗或放射治疗，等到这些治疗结束后，再将准备好的T细胞回输到体内，一举清除残留的癌细胞。

 

参考文献

   2008; 51: 116-1'17.

 

2. Rosenberg SA, Restifo NP, Yang JC, et al.: Adoptive cell transfer: a clinical path to effective cancer immunotherapy. Nat Rev Cancer 2008; 8: 299-308.

 

3. Berger C, Turtle CJ, Jensen MC, et al.: Adoptive transfer of virus-specific and tumor-specific T cell immunity. Curr Opin Immunol 2009; 21: 224-232.

 

4. Rasmussen AM, Borelli G, Hoel HJ, et al.: Ex vivo expansion protocol for human tumor specific T cells for adoptive T cell therapy. J Immunol Methods 2010 ; 355:52-60.

 

5. Han S, Huang Y, Liang Y, et al.: Phenotype and functional evaluation of ex vivo generated antigen-specific immune effector cells with potential for therapeutic applications. J Hematol Oncol  2009 ; 2: 34-49.

 

6. Dudley ME, Yang JC, Sherry R, et al.: Adoptive cell therapy for patients with metastatic melanoma: evaluation of intensive myeloablative chemoradiation preparative regimens. J Clin Oncol 2008; 26: 5233-5239.

 

7. Mapara MY, Sykes M : Tolerance and cancer: mechanisms of tumor evasion  and strategies for breaking tolerance. J Clin Oncol 2004; 22: 1136-1151.

 

8. Stewart TJ, Abrams Sl: How tumours escape mass destruction. Oncogene 2008; 27: 5894-5903.

 

9. Tran KQ, Zhou J, Durflinger KH, et al.: Minimally cultured tumor-infiltrating lymphocytes display optimal characteristics for adoptive cell therapy. J Immunother  2008; 31: 742-751.

 

10. Wrzesinski C, Paulos CM, Kaiser A, et al.: Increased intensity lymphodepletion enhances tumor treatment efficacy of adoptively transferred tumor-specific T cells.  J Immunother 2010; 33: 1-7.

 

11. Prieto PA, Durflinger KH, Wunderlich JR, et al.: Enrichment of CD8+ cells from melanoma tumor- infiltrating lymphocyte cultures reveals tumor reactivity  for use in adoptive cell therapy. J Immunother 2010; 33: 547-556.

 

12. Heslop HE, Slobod KS, Pule MA, et al.: Long-term outcome of EBV-specific T-cell infusions to prevent or treat EBV-related lymphoproliferative disease in     transplant recipients. Blood 2010; 115: 925-935.

 

13. Ahmed N, Salsman VS, Kew Y, et al.: HER2-specific T cells target primary glioblastoma stem cells and induce  regression of autologous experimental tumors. Clin Cancer Res 2010; 16: 474-485.

 

14. Straathof KC, Bollard CM, Popat U, et al.: Treatment of nasopharyngeal carcinoma with Epstein-Barr virus--specific T lymphocytes. Blood  2005; 105: 1898-1904.

 

15. Nakajima J, Murakawa T, Fukami T, et al.: A phase study of adoptive immunotherapy for recurrent non- small-cell lung cancer patients with autologous

     gammadelta T cells. Eur J Cardiothorac Surg  2010; 37: 1191-1197.

 

16. Dong L, Gao ZY, Chang LJ, et al.: Adoptive transfer of   cytomegalovirus/Epstein-Barr virus-specific immune effector cells for therapeutic and preventive/preemptive treatment of pediatric allogeneic cell transplant      recipients. J Pediatr Hematol Oncol 2010; 32: 31-37.

 

17. Kobayashi H, Tanaka Y, Shimmura H, et al.: Complete remission of lung metastasis following adoptive immunotherapy using activated autologous {gamma} {delta} T-cells in a patient with renal cell carcinoma. Anticancer Res 2010: 30: 575-579.

 

18. Dobrzanski MJ, Rewers-Felkins KA, Quinlin IS, et al.: Autologous MUCl-specific Thl effector cell immunotherapy induces differential levels of systemic Treg cell subpopulations that result in increased ovarian cancer patient survivaI.Clin Immunol 2009; 133: 333- 352.

 

19. Semino C, Martini L, Queirolo P, et al.: Adoptive immunotherapy of advanced solid tumors: an eight year clinical experience. Anticancer Res 1999; 19: 5645-

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20. Cruz CR, Hanley PJ, Liu H, et al.: Adverse events following infusion of T cells for adoptive immunotherapy: a lO-year experience. Cytotherapy 2010 Apr 29. http://

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20429793(2010.7.1.)