单克隆抗体与癌症的治疗

作者：许金飞

 摘要

    抗体和它的衍生物在治疗癌症方面逐渐显示出了它们的优势，尤其是单克隆抗体。抗CD20的非结合型的免疫球蛋白在50％患晚期癌症的病人中能诱导部分的或完全的应答反应。当用这样的抗体和放射核素结合后形成的复合物来治疗癌症时，完全应答反应率增加了。由抗CD33的抗体组成的结合物和一些化学治疗剂对白血病复发的病人有很好的疗效。用抗HER-2/neu的抗体治疗因为HER-2/neu癌蛋白过量表达而引起的乳腺癌也有较好的疗效。这些振奋人心的结果为现有的癌症治疗方法的进一步发展提供了基础，用抗体来治疗癌症的新的方法必将会被陆续发现。

关键词：单克隆抗体、癌症、免疫毒素

前言

    癌症是引起成年人死亡的第二大原因。在选择性的恶性转化细胞的治疗方面已经取得了很大的进步，在所有的无侵染性的恶性肿瘤中，大约有50％能通过现有的治疗手段来治愈。而现有的绝大多数的治疗方案是通过外科手术切除肿瘤。现在也已经出现了一些初级疗法和一些相关的疗法。单独使用放射性疗法和化学疗法或联合使用这两种方法，在对患有实体的或血液的恶性肿瘤的病人的治疗中已取得了很大的进步。在治疗敏感的白细胞过多症、毛细胞白血病、中级和高级淋巴瘤、睾丸癌、胚细胞瘤和一些儿童时期的实体型的癌症的过程中，化学疗法有潜在的疗效。然而，现在人们还不能治愈大多数的转移型的实体瘤。
    免疫系统具有特别的敏感性和专一性。长期以来它的这些特性一直被认为可用于癌症的治疗。一直到Kohler和Milstein发现单克隆抗体(MAbs)[1]能够与肿瘤抗原有特异的专一性的结合后，人们才利用这种方法生产具有特定的药学特性的抗体。最早的对MAbs的研究得到了一些具有抗肿瘤效应的典型的例子[2]，但是早期的大多数的实验初步地证明了在利用能引起抗肿瘤免疫应答的Mabs来治疗时，遇到了较大的困难。这些结果使得人们对MAb疗法的热情降低了，但是一些令人振奋的实验结果又重新引起了人们对于这种疗法的兴趣。这篇综述将阐明在抗体疗法这个领域中取得的令人振奋的进展。令人鼓舞的临床结果将从如下几个方面来描述：1、抗体直接用来调节肿瘤的功能。2、抗体通过免疫系统的效应细胞使肿瘤被降解。3、使得病人能产生抗肿瘤抗原的抗体。4、传输一些胞内毒物如：放射性核素、毒素、和化学药剂。这些研究结果清楚地显示了这些对癌症有特异的靶向作用的抗体或类似抗体的分子在治疗癌症方面有重要的作用。

免疫球蛋白的结构和功能

    抗体由对抗原的刺激有应答的B淋巴细胞产生。这些免疫球蛋白有包括Fab和Fc结构域的两条轻链和两条重链。Fab区域是抗原结合位点，它由重链和轻链的可变区组成，包括三个补体决定区的高变氨基酸区。在一个特定的抗体分子内，补体决定区决定了结合位点。它的结构和抗原上的抗原决定部位互补。抗原结合区包括抗体的个体特征。抗体的多样性来自于补体决定区的氨基酸序列的可变性。Fc区域对于补体级联反应的激活和相互作用是必需的。同种类型的免疫球蛋白是通过Fc区来相互区分的。人类的免疫球蛋白G1（IgG1），大鼠的免疫球蛋白IgG2a和IgG3能够通过结合到肿瘤细胞的表面而使补体激活。这些同种类型的免疫球蛋白有效地提高了抗体依赖的胞内毒性。这种胞内毒性会被具有Fc受体特性的白细胞调节，这种机制是在体外调节肿瘤降解的潜在的调节者。基于有靶向作用的白细胞Fc受体，抗体依赖的胞内毒性还依赖于中性白细胞、单核巨噬细胞、天然杀手细胞、T细胞和嗜酸性白细胞的调节。最初的对Mab的关键性的检测显示了IgG细胞有调节这些生物学特性的能力。MAbs的药学性质已经导致了它在治疗癌症方面的广泛的研究。杂交瘤技术已经能产生大量的高纯度的Mabs。最近，重组抗体工程技术被用来生产在大小、构象、效价和作用效应的能力方面高度变化的抗体。这些技术使得新型的具有潜在效应的分子的治疗癌症的战略有了进一步发展。抗体的高度专一的结合特性使得在加大抗肿瘤效应的同时，减少对人体的毒副作用。最后，抗体能够将一些毒物（如：放射性核素、毒素、和化学治疗剂等）运送到肿瘤部位，从而达到抑制肿瘤或杀死肿瘤细胞的作用。

依赖于抗体的肿瘤靶向因子的调控

    不足为奇的是，在用抗体治疗的预临床和临床的研究中存在着效率低的困难。典型的抗体是一个很大蛋白（分子量大约为150kDa）。而大多数典型的化学治疗剂的分子量都小于1kDa。单克隆抗体比起小分子来，更不易侵入组织。Jain发现在血管存在得较少的时候MAbs渗入肿瘤的能力也降低了。在实体瘤的活组织检查中我们可以发现大量的对异源抗体的吸收。这部分地是由肿瘤抗原的不同源的表达引起的，也有部分是由MAbs不能侵入组织的生理障碍引起的。
    这些在大型的肿瘤的条间部的相对较长的运输距离和这些因子有关，这些因子还延长了大型巨噬分子离开血管和到达靶细胞的时间。这使得抗体在大多数实体瘤和肥大型淋巴瘤中的运输受到了阻碍，这也使得用MAb疗法来治疗大型肿瘤受到了障碍[3]。这些因子也限制了潜在的细胞毒性白细胞接近肿瘤细胞。
    异源的抗原表达限制了抗体和肿瘤细胞的特异结合。抗原表达可能决定了抗体疗法的疗效。而且，到现在为止只鉴定了一些能被类似于抗体的分子识别的肿瘤特异性的抗原。肿瘤特异的抗原的例子包括，淋巴瘤中的免疫球蛋白、胶质瘤中的突变了的表皮生长因子受体、非小细胞肺癌[2][4]。我们还应该考虑抗原组织的特殊的生物学效应。例如，细胞表达的内部抗原能够被与抗体连接的催化毒素识别，但是这样的靶向组织可能不适合其它的抗体疗法（如：放射免疫疗法）。
刚开始的MAb临床试验用的是由杂交瘤技术产生的大鼠蛋白。用大鼠的MAbs和它们的衍生物来治疗时通常会在2到3周后引起人的抗大鼠抗体的反应。人类抗大鼠抗体的反应会影响抗体的靶向作用并加快MAb的清除，通过产生大鼠嵌合抗体或产生人类抗体，或抑制人类的免疫反应就能克服人类抗大鼠抗体的反应[5]。现在最重要的是找到能起作用的分子或方案。合理的方法是设计出不诱导受体免疫反应的抗体类似物。
    人类抗大鼠抗体的反应可能对癌症的免疫治疗有积极作用。一个人类抗大鼠抗体的组分能够免疫寄主并对抗肿瘤抗原“个体型网络”的刺激方案，最初是由Jerne提出来的[6]。他还通过把这个方案与直接用肿瘤抗原的免疫疗法相比较得出了一些特别的优势条件。

抗体片段

    肿瘤微环境对于完整的免疫球蛋白分子进入肿瘤细胞是一个极大的生理障碍。相应地，化学消化法和抗体片段重组法已被应用在很多的预临床模型中和临床试验中，通常使用的类似抗体的结构包括F（ab’）2，Fab和Fv。用酶学方法得到的Fv片段是不稳定的，这个结合形式通过产生重组的单链Fv分子而得到稳定，在这个Fv分子中有可以连接一条肽链的VH和VL链。类免疫球蛋白分子的系统清除加速了降解。这些较小的分子增加了肿瘤的穿透性、迅速的系统性的清除，并提高了肿瘤排除的最后阶段的肿瘤靶向特异性，肿瘤靶向抗体的最佳尺寸可能与治疗方案有关。因为肿瘤相关功能阻遏的延长，大分子的慢降解是能达到的。相反，如果抗体分子是小分子并能从正常的器官中迅速地降解，那么用一个潜在的高免疫毒素作治疗剂是可取的。

非结合抗体疗法

    非结合的MAbs的疗效有赖于这些分子在肿瘤部位的增殖并激发抗肿瘤生物学反应的能力。人们已经用非结合的MAbs进行了几十个临床试验并得到了一些很有发展前途的疗法方案。抗B－淋巴细胞个体特征的单克隆抗体为新生的MAb疗法领域提供了一个有力的支柱。最近，在用化学疗法治疗B淋巴细胞瘤的病人中，抗其它的B细胞的非结合MAb会诱导临床反应。观察到的反应的精确的机制还没有被完全阐明。这些MAb好像是通过影响配体与受体的结合或通过诱导凋亡而起作用的。当这个抗体和环磷酰胺、阿霉素、长春花新碱、强的松这些化学治疗剂联合使用时，反应率为100％，其中63％是完全反应。在8个病人中，用PCR反应检测骨髓和外周血细胞中的bcl-2的重组情况，发现7个病人对PCR反应呈阴性。在患T－淋巴细胞瘤的病人中用抗T细胞的非结合抗体来治疗时也有应答反应。虽然非结合MAbs甚至在晚期的淋巴瘤中都有疗效，但是它们在治疗患晚期实体瘤的病人时所起的作用还没有被阐明。抗体有不同的应答反应，但是还没有一个一致的模型，在患黑色素瘤和神经母细胞瘤的病人中用抗神经节苷脂抗原的MAbs治疗时，已经得到了一些令人振奋的结果。在这些试验中，补体调节的胞内毒素被认为是一个可能的应答反应机制。
    Riethmuller等人的一个报告激起了人们巨大的兴趣。一些研究者们进行了一个随机的临床实验，即将大鼠的MAb17－1A作为治疗的佐剂来治疗肿瘤已被切除了的患Duke C结肠癌的病人。用抗体来治疗病人和没用抗体来治疗病人相比，存活率明显增大了，死亡率降低了30％，复发率降低了27％，这个小范围的（189个病人）具有激励性的研究激发了大范围的随机临床试验。如果MAb17-1A疗法有辅助的功效，那么即使它在一些晚期的疾病中没有效果，一个新的治疗模型也将会出现。在这样的一个模型中，它们在晚期疾病中的活力对检测抗体（或其它试剂）在一系列小型残基疾病中的疗效并不是必需的，非结合性的抗体与细胞因子α－干扰素连接后增加了靶抗原的表达[7]。和α干扰素结合后，MAb17-1A增加了单核细胞的毒性和依赖于抗体的细胞毒性[8]。Mellstedt发现将MAb17-1A和粒性白细胞、单核细胞克隆激发因子联合使用能在肿瘤部位诱发炎症反应及相关的临床症状[9]。
    最近，一些实验小组发现抗生长因子受体的抗体具有抗肿瘤的特性。抗表皮生长因子受体的抗体在体内或体外直接阻抑依赖受体的肿瘤的生长，并且能明显地使一些抗肿瘤试剂（例如：顺铂、阿霉素）增效[10]。这些抗体调节着与受体有关的酪氨酸激酶活力。决定最佳试剂组合和联合治疗方法的时间顺序的临床试验正在进行。寻找抗表皮生长因子受体家族的其它成员HER2/neu（C-erB-2）的MAbs的实验也正在进行之中。Trastuzumab是一个人类抗体，作用于HER2/neu的胞外结构域的抗原决定部位。它最初由Baselga等人报道说能在患乳腺癌的病人中诱导应答反应[11]。Slamon等人报道抗体与紫杉醇联合治疗增加了反应率和反应的时间[12]。胞内抗体能够和维持肿瘤表型的蛋白质的表达相互作用。例如，Curiel已经将一个抗C-trbB2的抗体的基因转入了病毒质粒并转染了表达C-erbB-2的肿瘤细胞[13]。这个方法有效地阻止了C-erbB2的表达并在预临床研究中有潜在的抗肿瘤活力。
    单克隆抗体能够产生诱导个体型网络的肿瘤疫苗。正如前面所讨论的那样，每一个抗体的抗原结合位点具有个性，并且是唯一的。这是由刺激寄主一系列抗体产生的抗原结构决定的。相应地，一个和肿瘤抗原结合的个体型抗体诱导产生了抗个体型抗体的产生（例如，Ab2）。Ab2中的一部分包含着能被Ab1识别的相似的肿瘤表面抗原决定部位。Ab2能够免疫病人，并导致抗个体型抗体的第二抗体（即Ab3）的产生。一些Ab3结合在原始的肿瘤表面抗原决定部位。抗个体型的抗体与肿瘤抗原相似。它们能够作为癌症疫苗。这些疫苗是能激发一个抗有限的肿瘤抗原决定部位的免疫反应的被高度纯化了的免疫原。相反，肿瘤抗原的免疫反应可能会有问题，因为对整体抗原的免疫反应可能会诱导无关的正常的细胞抗原决定部位的复活。
    Herlyn等人把用大鼠的MAbs17-1A诱导得到的山羊的多克隆抗体注射入30个患有晚期直肠癌的病人体内[14]。6个病人出现了短暂的临床反应。30个病人都产生了抗山羊抗体的抗体。Mittelman等人用一个大鼠的抗个体型MAb来模仿高分子量的人类黑色素瘤相关抗原，并用这种MAb来治疗15位患有转移性黑色素瘤的病人[15]。七个病人产生了Ab3，三个病人有部分的反应[15]。通过使用抗胚胎癌抗原系统的抗体，人们已经发现了相似的结果。这些免疫激活策略在晚期实体瘤的病人中具有偶然的临床活力[16]。这些方法在辅助治疗时是有用的。
    依赖抗体的细胞毒性对临床利用来说是一个吸引人的机制。当前的治疗手段专注于改变MAb结构来增强和肿瘤炎症反应相似的细胞激活性和细胞毒性。双专一性的抗体（BsAb）是用来对付肿瘤抗原及与白细胞有关的细胞毒性的。一个对HER2/neu有特异靶向作用的BsAb和由天生的杀手细胞和成熟的巨噬细胞表达的低亲和力的Fcγ受体诱导了潜在的细胞因子的释放，被免疫的病人抗HER2/neu分子是因为靶肿瘤的酶解。并且在I期试验中显示了一些临床活力[17]。
    由抗体和细胞因子组成的免疫结合物，能够增强免疫系统的激活以及肿瘤微环境的改变[18][19]。一个较成熟的在肿瘤部位诱导依赖抗体的细胞毒性分子的治疗策略可能涉及类似于BsAbs的结合蛋白的使用。这和通过产生细胞因子组分来增强细胞毒性的白细胞聚集和增殖的MAb衍生物作用方式相一致。

抗体结合物

    用抗体作为“魔力子弹”来治疗癌症的想法，已经长期地俘获了科学家和公众的注意力。被用在免疫结合中的抗体提供了细胞中毒过程中的结合专一性的。在临床上用免疫结合检测的毒物有催化毒素、化学治疗剂、放射核素。

免疫毒素
    免疫毒素是通过把MAbs（或其片段）偶联到高度致死的细胞毒素上而产生的。现在为止已经应用了一些植物和细菌催化毒素来构建免疫毒素。目前大多数临床试验开始使用既包括植物毒素（蓖麻毒蛋白），又包括来自细菌的假单胞杆菌属的外毒素的免疫毒素。这些毒素需要胞内过程（通常是通过阻止蛋白合成）来执行它们的功能的。这样的毒素非常有效，并且它们的毒性是潜在的。一条毒素链行使细胞结合和胞内转运的功能，而另一条链行使毒素的催化活力功能。在毒素的细胞结合链的地方引入一个抗体结合域就产生了一个免疫毒素。免疫毒素可以通过化学结合法制备，或者通过把连接Fab和sFv抗体片段的重组混合蛋白连接到天然的或修饰了的催化毒素链上而制备得到。免疫毒素的纳摩尔级的聚集就能根除在体外培养的肿瘤细胞，低剂量的免疫毒素在预临床动物模型的研究中极其有效。免疫毒素的临床试验已经应用于乳腺癌、子宫癌、结肠癌、黑色素瘤和淋巴增殖混乱等疾病中。Vitetta等人对14个患有B淋巴细胞瘤的病人，注射了一个通过把一个抗CD22（B细胞标志物）的MAb结合到蓖麻毒蛋白A链而得到的免疫毒素，在5个病人中有临床反应[20]。在另一个独立的实验中，研究者们用一个抗CD19的MAb结合到整体蓖麻毒蛋白的B链上而形成的免疫毒素，来治疗患有B淋巴细胞瘤的病人。在34个病人中有2个发生完全应答反应[21]，有3个病人发生部分应答反应。对患实体瘤的病人用免疫毒素治疗的研究结果并不理想。现在要克服的一个难题是，如何使得毒素的毒性不限制免疫毒素的使用剂量。
    毒素的毒性包括血管泄漏症、发烧、打寒战、偶尔的肝毒性、横纹肌溶解和罕见的但是可以潜在地破坏中枢神经系统的能力。在毒性选择和设计方面的进步和有关肿瘤抗原的选择性知识的增加以及基于抗体的重组蛋白的增加，产生了许多现在正在使用的毒物。要克服潜在的人类抗毒的免疫反应可能是比较困难的。这些分子的潜在的毒性可能会使得寻找一种合适的在寄主能承受的范围内有疗效的治疗方案比较困难。

药物免疫结合物
一个可行的方案是利用抗体的靶向作用，把传统的化学治疗剂运送到肿瘤部位。这些分子在药学方面的作用已被很好地阐明了，并且它们的天然形式对人体是无害的。相应地，在寄主能承受的毒性范围内，要获得高剂量的足以对肿瘤有毒性的抗体结合剂，是可行的。例如，通过使用免疫结合物BR96-阿霉素，我们已经得到了令人鼓舞的结果，这个BR96-阿霉素在体外和在啮齿类动物模型中有特别高的活力。在一系列的临床I期试验中，研究者们发现剂量有限的毒性可能和完整的IgGBR96分子的Fc结构域有关。最近，有效的加利平霉素抗体结合物已经在白血病和其它的癌症中应用，并且正在接受临床评估[22][23]。

放射免疫结合物
    免疫毒素和药物免疫是通过单细胞机制来杀死癌细胞的。这样，在肿瘤部位的无抗原性的肿瘤细胞的受损伤程度就降低了。许多放射免疫结合物包含一个具有长作用半径的放射核素。这样就能作用于放射源以外的好几个细胞。大多数放射免疫结合物并不需要内化才能有功效，这种细胞毒性效应也并不需要一个完整的有功能的免疫系统的存在。放射免疫疗法是经过了深入的研究了的，并在几个临床实验尤其是化学法治疗淋巴瘤中取得了令人振奋的结果。
    早期的放射免疫治疗研究中发现患有晚期实体瘤的一些病人中有部分的短期的临床反应。血液瘤比实体瘤更易有应答反应。淋巴瘤和白血病在用放射免疫疗法治疗时最有效，这可能与它们对放射性的敏感以及放射免疫结合物容易进入这些细胞有关。

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