糖类抗癌疫苗和癌症聚糖诊断共同聚焦糖基化变化

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日前，美国加州大学伯克利分校化学系与劳伦斯·伯克利国家实验室材料科学部的Danielle H. Dube与分子和细胞生物学系的Carolyn R. Bertozzi等人发表论文，就癌症聚糖诊断的前沿进展和糖类抗癌疫苗——这两个癌症基础研究热点的最新进展做了综述。
■癌症聚糖诊断基于糖基化变化
在该论文中，两位研究人员指出，研究表明恶变的聚糖变化可以用于论断。例如，常用于结肠癌的“CEA”测试能监测癌症相关聚糖（sLea）的特异抗体的血清水平。而其它血清标记物的聚糖分析，例如CA125和前列腺特异抗原，则分别显示了乳腺和前列腺肿瘤组织中糖基化明显变化。这些研究表明，糖基化的特异变化可用于诊断。
但是，对于目前许多癌症的临床诊断来说，没有血清标记物可供应用，必须直接分析组织结构。用于监测肿瘤特异性糖基化的现有诊断方法需要手术活检，随后采用血凝素或者单克隆抗体进行组织学分析。但在这一领域一个有趣的未来方向是采用图像对比探针靶向糖基化异常。
该论文指出，到目前为止，分子成像领域集中于采用抗体结合、受体配基或酶底物/抑制剂靶向的蛋白质标记物，但仅有一项糖基化改变的间接显像报告问世。糖基化低下MUC1抗原（uMUC1）在许多人上皮细胞腺癌中高度过表达，是肿瘤发生的早期标记。在其糖基化低下状态时，这种蛋白可以被源于单克隆抗体的特殊肽（EPPT1）识别。利用这个机制，美国学者Epenetos和合作者开发的一种EPPT1-99mTc探针来监测乳腺癌患者的病情变化。新近，该国学者Dai和合作者合成了一种EPPT1，它能与磁共振和光学成像技术结合起来。在uMUC1阳性鼠科肿瘤模型中采用这种多重模探针显示，肿瘤组织中这种探针明显积聚，而在uMUC1阴性肿瘤中的本底信号很低。不过，uMUC1特异成像靶向的是糖基化低下蛋白，而不是直接靶向聚糖。
该论文还提出，糖基化变化的直接成像可以通过接近细胞的基本代谢过程来达到。单糖底物可以采用非创伤的报告仪（例如放射性核18F或125I）来标记，然后通过放射性核素成像来观察这些底物的代谢状态。目前用于癌症早期诊断的非创伤性正电子放射X线断层成像技术的操作理论基础是，相对于健康组织，肿瘤组织中的单糖2-荧光-2脱氧葡萄糖（FDG）的积聚增加。FDG是一种人工的含18F葡萄糖类似物，由于其醣酵解率增强而集中于恶性肿瘤中。同样，14C放射性同位素标记的单糖代谢过程已经用于监测动物肿瘤模型，但该法有创伤性。
■糖类抗癌疫苗进入临床研究
该论文指出，因为癌细胞聚糖与健康细胞中的聚糖不同，所以有可能根据已经改变的糖基化，使免疫系统靶向癌细胞。虽然非典型的聚糖可以使癌细胞成为温和的抗原（即能产生特异的抗体），但是很少是免疫原性的（即抗体不能恢复免疫受动功能来杀死癌细胞）。许多肿瘤相关性聚糖具有胚胎源性或在正常组织中处于低水平，但在肿瘤组织中高水平表达。因此，聚糖可以被人体免疫系统“自我”感知，在这种情形下，B细胞对这些结构表达高度亲和力的抗体在发育期间可被清除。所以，许多研制抗癌疫苗的研究都集中于阻断对肿瘤相关性聚糖的免疫自体耐受性。
日前，Danishefsky、Livingston与合作者已经研制出一批糖类抗癌疫苗，它们是通过将多种合成的肿瘤相关聚糖拷贝连接到免疫原载体蛋白匙孔血蓝蛋白（KLH）上而形成的。这种异种蛋白提供了辅助型T细胞与完全型免疫应答所需要的肽抗原。当把其注射入实验小白鼠和/或人体时，许多糖体组合物疫苗都产生了拮抗聚糖的抗体和细胞介导的免疫应答。
基于糖基化表达不足MUC1（uMUC1）的疫苗目前正在进行临床评价，初步结果令人鼓舞。
■疫苗研究聚集六大热点
该论文介绍说，糖类抗癌疫苗研究目前综合起来有六大热点。
第一大热点是，一些聚糖疫苗研究目前正在处于临床评分阶段，并且很有通过希望。在一项III期转移性乳腺癌的临床试验中，sTn-KLH结合Theratope(Biomira)未能满足患者病情恶化前维持足够长时间与提高总生存率的终点要求。但是，采用Theratope结合激素治疗的患者生存率与病情恶化后维持时间的改善期为8.3个月，而单用激素治疗的患者只有5.8个月。这种不太明显的临床疗效可能是由于Theratope引起B细胞介导的免疫应答，但是似乎不引起T细胞介导的免疫应答。
第二大热点是，成功的肿瘤免疫治疗可能需要对抗体加入细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）。目前已有一些研究策略来补充辅助性T细胞，它们包括以多价方式显示疫苗聚糖来模拟癌细胞表面，化学修饰癌聚糖使它们更加“异质”，并且通过开发丰富的人体“自然抗体”来积极补充辅助性T细胞。
第三大热点是，发现各种类型的恶变组织均呈现一系列明显的聚糖表达改变。能靶向几种癌症相关聚糖的疫苗原则上能比靶向单一癌症聚糖的疫苗产生更强和更特异的免疫应答。在反映癌细胞表面聚糖异类性质的研究中，Danishefsky与合作者制备的多价抗原疫苗含有几种不同的聚糖结构。例如，一种包含GloboH、Ley和Tn的三价抗原疫苗在动物模型中已显示能激发拮抗每一种低聚糖抗原的免疫应答。在这一临床前期研究中，产生了拮抗每一种聚糖抗原的抗体，恢复辅助性T细胞（与免疫球蛋白G同型）。该研究结果提示，多价抗原途径可能成功地恢复拮抗肿瘤患者的体液与T细胞介导的免疫应答。
第四大热点是，目前研究发现单糖结构的化学修饰可以增加聚糖疫苗的免疫原性。用非自然的N-酰基支链(例如N-propanoyl，N-丁酰，N-苯乙酰和N-levul-inoyl)化学修饰改变唾液酸残基已经组合到KLH共价键中，免疫原性比相应的自然唾液酸疫苗更强。N-propanoyl，N-丁酰和N-苯乙酰唾液酸衍生物共价到KLH中在实验小白鼠体中产生了强烈的免疫应答。这些衍生物能引起IgG抗体的产生，进而活化辅助型T细胞。与此相比，自然N-乙酰唾液酸-KLH共价物在本质上是非免疫原性的。最近，Livingston与合作者进行了一项初步的临床试验，小细胞肺癌患者采用聚唾液酸（PSA）-KLH或N-propionylatedPSA-KLH(PrPSA-KLH)共价物进行疫苗接种，发现改变的PrPSA-KLH共价物引起了与PSA交叉的特异抗体，而自然PSA共价物则不会。
第五大热点是，化学修饰的唾液酸共价物在动物模型的被动免疫研究取得成功。Jennings和合作者表示，当实验小白鼠采用N-propanoylmannosamine治疗时，给予单克隆抗体能提高合成的PrPSA-KLH共价物防止白血病细胞转移，N-propan-oylmannosamine是N-propionylatedPSA的一种生物合成的前体。新近，同一研究组对恶性黑素瘤应用这一被动免疫策略来表达含有唾液酸的糖脂GD3。
第六大热点是，现在T细胞介导的针对癌症聚糖的免疫反应，可以采用人体自然的“抗Gal”抗体作为内生辅助物。虽然人体免疫系统通常不能发现癌症聚糖，但是经过对聚糖进行处理就会使癌细胞表达另外一种可被免疫系统发现的抗原决定簇。Galili和合作者日前已经研究出一种疫苗策略来吸取“抗Gal”抗体的优势。这种“抗Gal”抗体能与Gal抗原决定簇（Gal1,3Gal1,4GlcNAcR）起特定的反应，这在人体组织是完全缺乏的。这种抗体被认为起源于广泛暴露于表达相似聚糖的细菌。采用重组-1,3-半乳糖转移酶(1,3GT)，或者用含有编码1,3GT基因的腺病毒感染肿瘤细胞，就可以在人体肿瘤细胞经酶合成-Gal抗原决定簇。然后可利用这些Gal抗原决定簇表达的肿瘤细胞或者膜作为疫苗来引发拮抗肿瘤相关抗原的免疫应答。