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佛罗
7 years ago
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1 高中生命科學研究人才培育計畫課程癌症免疫療法新發展劉扶東 Fu-Tong Liu, MD, PhD 中央研究院生物醫學科學研究所 Institute of Biomedical Sciences, Academia Sinica

2 大綱基礎免疫系統抗癌免疫機制及癌細胞的免疫逃脫 (Anti-tumor immunity and tumor immune escape) 免疫檢查點受體 (Immune checkpoint receptors) 免疫檢驗點阻斷 ( 抑制劑 ) Immune checkpoint blockade (inhibitors) T cell 療法

3 B cells and antibodies ( 抗體 ) B cells 是會製造抗體的淋巴球 Antibodies( 抗體 ) 是會辨識特定抗原 (antigenspecific) 的蛋白可結合至外來小分子物質或細胞可直接抑制外來病原菌, 或是活化免疫系統中的特定物質來對抗外來物質 B cell Antibodies

4 T cells T cells 是可經由抗原特異 (antigen-specific) 的方式, 與其他細胞交互作用的淋巴球 - Cytotoxic T (CD8 + ) cells, 或稱細胞毒性 T 細胞 (CTL), 可殺死被病毒感染的細胞或是腫瘤細胞 - 輔助性 T 細胞 (Helper T (CD4 + ) cells ) 可以幫助活化其它類型的細胞, 與幫助 B cell 製造抗體 (antibody) Cytotoxic T cell Helper T cell

5 抗原呈現 (Antigen presentation) 主要組織相容性複合體蛋白 (Major histocompatibility complex, MHC) 的功能是將抗原呈現並傳達給 T cells - 經由抗原呈現細胞 (antigen-presenting cells, APCs) T cell Antige n MHC APC Image 2012 from Janeway s Immunobiology, Eighth Edition by Murphy, Garland Science/Taylor & Francis LLC.

6 T cells 調控抗癌的免疫反應 Tumor-specific antigens APC (ie, dendritic cell) Antitumor effector mechanisms Tumor cell Naïve-cytotoxic T cell Activated cytotoxic T cell 腫瘤細胞上的特定抗原, 經由抗原呈現細胞 (APCs) 傳達至 T cells, 並活化 T cells 活化的 T cells 可偵測並殺死腫瘤細胞 Chen DS, Mellman I. Immunity. 2013;39(1):1 10. Pardoll DM. Nat Rev Cancer. 2012;12(4):

7 刺激及活化 ( 抗原呈現細胞 /T cells) T cells 跑到腫瘤周圍 ( 細胞毒殺 T 淋巴球, CTLs) T cells 由血管滲透至腫瘤周圍 (CTLs, 內皮細胞 ) 癌細胞抗原呈現 ( 樹突狀細胞 / 抗原呈現細胞 ) T cells 辨識癌細胞 (CTLs, cancer cells) 癌細胞抗原釋放 ( 癌細胞死亡 ) 癌細胞毒殺過程 ( 免疫細胞及癌細胞 )

8 免疫逃逸是癌症治療的新創機制 [I] 突變 cells 不斷地在體內生成 [II] 免疫監控 [III] 免疫阻抗細胞產生 ( 癌症免疫編輯 ) [IV] 免疫阻抗細胞擴張而活化發展出腫瘤 Adachi and Tamada Cancer Sci 106 (2015)

9 癌症免疫療法 (Cancer Immunotherapy) 刺激並強化免疫系統作用攻擊癌細胞抗癌疫苗 (vaccines) 給予免疫系統特殊物質然而, 免疫系統並不會每次都辨認到癌細胞, 並認知癌細胞為外來細胞癌細胞跟正常細胞差異不大免疫反應不夠強大去殺死癌細胞癌細胞可製造特定物質以弱化免疫免應 = 免疫逃脫 (immune escape)

10 T cell 活化需要兩個訊號初級訊號 (primary signal): MHC- 抗原複合體結合至 T cell 受體上 (TCR) 次級訊號 (secondary signal): 協同性刺激訊號 (costimulatory signal) 結合 T cell Costimulation Effector functions Antigen MHC APC: Tumor cell

11 共同訊號 (Co-signals) Adachi and Tamada Cancer Sci 106 (2015)

T cell 功能調控 : 多種協同刺激及抑制訊號路徑 PD-L1/ PD-L2 PD-1 MHC+ peptide TCR CD80/86 CD80/86 CTLA-4 APC 協同刺激訊號, 如 CD80/86 和 CD28, 正向調控或促進免疫反應原生性 T cell (Naïve T cell) CD28 Nucleus 協同抑制物質, 如

12 T cell 功能調控 : 多種協同刺激及抑制訊號路徑 PD-L1/ PD-L2 PD-1 MHC+ peptide TCR CD80/86 CD80/86 CTLA-4 APC 協同刺激訊號, 如 CD80/86 和 CD28, 正向調控或促進免疫反應原生性 T cell (Naïve T cell) CD28 Nucleus 協同抑制物質, 如 CTLA-4 和 PD-1( 免疫檢查點抑制, immune checkpoint receptors), 可抑制 T 細胞的免疫反應 1. Adapted from Sznol M et al. Clin Cancer Res. 2013;19: Pardoll DM. Nat Rev Cancer. 2012; 12:

周邊組織 (peripheral tissue) Co-stimulating Ligand Co-stimulating Receptor Inflammation Antigen-Experienced T cell Signal 1 Tissue

13 CTLA-4 抑制原生性 T cells(naïve T cells) 的活化 PD-1 抑制周邊組織 (peripheral tissues ) 的 T cells 反應 CTLA-4 : 淋巴結 (lymph nodes) CD80 or 86 CD28 Signal 1 Signal 1 MHC Peptide TCR Naïve or resting T cell Intracellular vesicle CTLA-4 CTLA-4 透過抑制 CD28 活性而調控全身的 T cell 活化 PD-1: 周邊組織 (peripheral tissue) Co-stimulating Ligand Co-stimulating Receptor Inflammation Antigen-Experienced T cell Signal 1 Tissue Signal 1 Priming of T cells PD-L1 or PD-L2 PD1 1. Pardoll DM. Nat Rev Cancer. 2012;12: 調節局部地區之功能性 T 細胞活性而限制 T 細胞在周圍組織中的功能, 以防止自體免疫

透過限制免疫反應可防止周邊組織損傷缺少 ( 感染, 腫瘤生成 ) Too little

DM. Nat Rev Cancer. 2012;12(4):252 264.. Murphy K.

15 透過限制免疫反應可防止周邊組織損傷缺少 ( 感染, 腫瘤生成 ) Too little (infection, cancer) 免疫活化 Immune Activation 過多 ( 自體免疫, 組織損傷 ) Too much (autoimmunity, tissue damage) 建立防禦機制以防止過度活化的免疫反應終結免疫反應以防止周邊組織損傷和自體免疫的發展 Pardoll DM. Nat Rev Cancer. 2012;12(4): Murphy K. Janeway s Immunobiology. 8th ed. New York, NY: Garland Science; 2012.

16 細胞毒殺 T 淋巴球抗原 -4 (cytotoxict lymphocyte antigen-4, CTLA-4) 1987 年, 第一次被 Dr. Goldstein 利用基因重組技術表現出來 Dr. Ledbetter 和 Dr. Linsley (Bristol-Myers Squibb) 在 1991 年發現 CTLA-4 是 B7 家族中的第二個受體 (receptor) Dr. Allison 在 1995 年發現 CTLA-4 的負向調控路徑, 同年, 被其他研究者證實 Dr. Allison 發現 anti-ctla-4 的抗體具有抗癌的作用 (Science, 1996) 16

17 細胞程序性死亡蛋白 -1 (programmed cell death protein-1, PD-1) 1992 年, 第一次被 Dr. Honjo 利用基因重組技術表現出來 1998 年,1999 年,2000 年, Dr. Honjo 證實 PD-1 是 T cell 免疫反應中的負向調控因子 B7-H1 = PD-L1: 1999 年,Dr. Chen 顯示 PD-1 是 B7- H1 的協同序號受體 Dr. Honjo 和合作者在 2000 年證實 B7-H1 是 PD-1 的受質 17

18 免疫檢查點抑制劑藥物 Checkpoint inhibitor drugs 檢查點蛋白阻斷 T 細胞的活性. 抑制劑藥物可以釋放阻斷物並結合至不同時期的 T 細胞上 CTLA-4 檢查點蛋白防止樹狀細胞結合至活化的 T 細胞辨識到癌細胞. 抑制劑藥物阻斷免疫檢查點 PD-1 檢查點蛋白防止 T 細胞攻擊癌細胞. 抑制劑藥物讓 T 細胞作用 18 Nature 508:24, 2014

19 單株抗體 Monoclonal antibodies (mab) Antibody produced by single clones 抗體純化自單一純種的細胞 Therapeutic antibody 治療用抗體 ~zumab (humanized) 仿人類單株抗體 ~umab (human) 完全人類單株抗體

20 Ipilimumab (anti-ctla-4) in melanoma 易普利姆瑪 ( 抗 -CTLA-4)- 黑色素瘤在 217 個轉移性黑色素瘤案例中給予治療其中以 10-mg/kg 的劑量治療有最好的總緩解率 (11.1%) 患者在 10-mg/kg 的劑量自療下兩年後的存活率為 30% 於 2011 年獲得美國 FDA 批准用於治療黑色素瘤 Lancet Oncol. 2010; 11:

21 Lambrolizumab (anti PD-1) in melanoma 吉舒達 ( 抗 -PD-1)- 黑色素瘤在 135 個黑色素瘤嚴重案例中給予治療腫瘤綜合反應率 : 38%( 整體 ) 持續反映率 : 52% ( 以間期 11 個月追蹤 ) 無進展存活期 >7 個月 N Engl J Med 2013;369:

22 N Engl J Med 2013;369: Nivolumab (anti-pd1) plus Ipilimumab (anti-ctla-4) in advanced melanoma 保疾伏 + 易普利姆瑪 ( 抗 -PD1 及抗 -CTLA-4)- 早期黑色素瘤客觀緩解率 : 40%( 在 53 個病例中 ) 在最大劑量下 : 客觀緩解率達 53%, 腫瘤變小大於 80% 兩年後存活率達 79% 22

23 Anti-PD-1 (nivolumab) in lung cancer 保疾伏 ( 抗 -PD1)- 肺癌臨床試驗 1b(129 名接受過多種化療的非小細胞肺癌患者 ) 總緩解率 :17%, 中位緩解時間 :74 周, 最高劑量下兩年後存活率 :45% 多項臨床試驗第一期 - 單一藥物治療 20 位患者中一年後存活率 :71-80%

24 Immune checkpoint blockade drugs 阻斷免疫檢查點藥物 Anti-CTLA-4 Ipilimumab (Yervoy ) 易普利姆瑪 Anti-PD-1 Pembrolizumab (Keytruda ) 派姆單抗 Nivolumab (Opdivo ) 保疾伏 FDA 批准之轉移性黑色素瘤及非小細胞肺癌

25 Immune checkpoint blockade therapy vs conventional immunotherapy 阻斷免疫檢查點治療 VS 一般免疫療法 Adachi and Tamada Cancer Sci 106 (2015)

26 The potential adverse effects of immune checkpoint blockade therapy 阻斷免疫檢查點治療之副作用與細胞毒性有關的免疫相關的副作用發炎反應自身免疫惡化 anti-pd1 發生副作用的機率小於 anti-ctla-4 26

27 CTLA4 與 PD-1 研究的里程碑 27

28 2014 唐獎 _ 生物藥學類

30 其他免疫檢查點分子

31 臨床上發展中標靶免疫檢查點路徑之藥物 Pardoll, Nature Rev Cancer 12: 252,

32 以 CTLA-4 為主之免疫療法臨床試驗 Azijli et al. ANTICANCER RESEARCH 34: (2014) 32

33 T Cell Therapy (Chimeric Antigen Receptors) T 細胞輸入療法 ( 嵌合抗原受体 ) 33

34 Adoptive T cell Transfer T 細胞移植輸入療法從病人純化 T 細胞 T 細胞移植活化 T 細胞或藉由基因改造使 T 細胞辨識腫瘤細胞 34

35 T 細胞之嵌合抗原受体 Chimeric Antigen Receptors on T cells (CAR-T) 細胞外區域單鍊抗體細胞內區域基因工程修改之細胞接受體 - 將專一性的單株抗體轉殖入 T 細胞中

36 T 細胞療法 1) 收集 T 細胞 2)T 細胞轉染 3)T 細胞移植 4) 追蹤病人 36

37 已發表之 T 細胞療法成功案例 Michaela Sharpe, and Natalie Mount Dis. Model. Mech. 2015;8: Published by The Company of Biologists Ltd

38 2013 癌症免疫療法大進展

39 高中生命科學研究人才培育計畫課程癌症免疫療法新發展劉扶東 Fu-Tong Liu, MD, PhD 中央研究院生物醫學科學研究所 Institute of Biomedical Sciences, Academia Sinica

40 Glossary Antibody: a protein that binds specifically to a particular substance, its antigen Antigen: any molecule that can bind specifically to an antibody Antigen-presenting cell (APC): specialized cells that process and present antigen, along with costimulatory molecules, on their surfaces in order to activate T cells B cell: lymphocyte that on activation differentiates into cell producing antibody molecules of the same antigen specificity as their antigen receptor CD4 T cell: lymphocyte that recognizes peptides bound to MHC class II molecules and differentiate into T helper cells that activate macrophages and B-cell responses to antigens CD8 T cells: lymphocyte that recognizes antigens bound to MHC class I molecules and differentiate into cytotoxic T lymphocytes (CTLs) Costimulatory signal: additional signal that is required to induce proliferation of antigen-primed T cells and is generated by interaction of CD28 on T cells with CD80/86 on APCs Cytokines: any small proteins made by a cell that affects the behavior of other cells; cytokines act via specific cytokine receptors on the cells they affect Dendritic cells: most potent stimulators of T-cell responses through antigen presentation Major histocompatibility complex (MHC) molecules: membrane glycoproteins that present antigens to CD8 and CD4 T cells

綜 Commentary Interleukin-2) (tumor vaccine) T CTLA-4 PD-1 (ligand) T CTLA-4 1987 Brunet JF Nature 3 CTLA-4 (the immunoglobulin superfamily) (interacti

綜 Commentary Interleukin-2) (tumor vaccine) T CTLA-4 PD-1 (ligand) T CTLA-4 1987 Brunet JF Nature 3 CTLA-4 (the immunoglobulin superfamily) (interacti 治癌新策略免疫檢查點抑制劑綜苑裡李綜醫院藥劑科藥師莊峻毅苑裡李綜醫院檢驗科醫事檢驗師林君萍苑裡李綜醫院放射科醫事放射師張凱光苑裡李綜醫院護理部護理師吳衿寧衛生福利部苗栗醫院藥劑科藥師吳求珍摘要 T (T lymphocytes