Globo—H疫苗抗腫瘤機制及在乳腺癌中的作用

高崧淋　陳玉杰　魏垚臣

【摘要】腫瘤相關糖抗原 （tumor-associated carbohydrate antigens， TACAs）是廣泛表達于多種腫瘤細胞表面的多糖類腫瘤相關性抗原，Globo-H作為TACAs中的代表，廣泛表達于包括乳腺癌在內的多種腫瘤細胞表面。而基于Globo-H的抗腫瘤糖疫苗作為未來可能治療乳腺癌的新武器，在近年來取了快速的發展，一些Globo-H疫苗已經進入了臨床試驗階段。雖然在發展過程中出現了一些困難，但隨著細胞代謝糖工程的不斷發展，Globo-H疫苗有著廣闊的前景。

【關鍵詞】Globo-H；腫瘤糖疫苗；乳腺癌；臨床試驗

【中圖分類號】R4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1671-8801（2016）04-0001-02

免疫治療（immunotherapy）是近年來受到關注的抗腫瘤療法之一，其中腫瘤疫苗（tumor vaccine）是主動免疫治療中的重要方面。腫瘤疫苗治療是指給機體輸入具有腫瘤抗原性的免疫制劑，刺激免疫系統產生抗腫瘤效應。其基本原理在于：用腫瘤細胞、腫瘤特異性抗原（tumor-specific antigen，TSA）或腫瘤相關抗原（tumor-associated antigen，TAA）免疫患者，使患者體內產生免疫應答，自身生成腫瘤特異的抗體或T淋巴細胞，從而殺傷腫瘤細胞。GLOBO-H是一種廣泛表達于包括乳腺癌在內的多種腫瘤細胞表面的腫瘤相關糖抗原（tumor-associated carbohydrate antigens， TACAs），在腫瘤細胞惡性行為及免疫調節中發揮著重要作用，目前已成為腫瘤疫苗研究的靶點。本文就Globo-H疫苗的發展及其在乳腺癌治療中的相關進展做一綜述。

1、Globo-H抗原的特點

過去的幾十年中，人們發現腫瘤細胞表面有許多糖鏈的過量表達，這些糖鏈具有長度變短、過度唾液酸化的特征，被稱為腫瘤相關糖抗原（TACAs），它們在腫瘤細胞的轉移以及信號轉導方面起著重要的作用，Globo-H就是其中的代表。Globo-H （Fucα1–2Galβ1–3GalNAcβ1–3Galα1–4Galβ1–4Glc）是一種多聚己糖，由Hakomori 及其同事首次以糖脂的形式從人乳腺癌MCF-7細胞系中分離獲得[1] 。Globo-H可以在癌細胞表面以糖脂或是糖蛋白的形式表達。Globo-H過量表達見于許多種上皮細胞來源的腫瘤，例如大腸癌，卵巢癌，胃癌，胰腺癌，肺癌，前列腺癌和乳腺癌等[2]。后來發現Globo-H也可以表達于許多正常組織的上皮細胞上，但在這些正常組織細胞中，Globo-H只表達于上皮細胞的管腔面，并不能進入機體激活免疫反應。這一點區別于腫瘤細胞表面的Globo-H廣泛表達特征，這就使基于Globo-H的抗腫瘤疫苗具有理論基礎。

2、Globo-H疫苗的發展過程

基于上述發現，Globo-H抗腫瘤疫苗逐漸成為了人們研究的焦點。最初，Globo-H的糖類抗原本質為Globo-H抗腫瘤疫苗的研發帶來了一定困難，由于新的疫苗研發技術，有些困難已經逐漸被所克服。

首先，Globo-H作為多糖分子不易合成，早期主要采用從腫瘤細胞中分離的方法獲得，但其在腫瘤細胞表面存在不均一性，要保證獲得高效均一的Globo-H十分困難。直至人們采用分步合成以及進一步改進的程序性“一鍋法”（Programmable One-Pot）和酶聯法（Enzymatic Synthesis）后才能夠合成高效均一的Globo-H抗原。其次，糖類抗原是非T細胞依賴性抗原（thymus independent antigen，TIAg）。與多肽或蛋白質為本質的T細胞依賴性抗原不同，糖類抗原不能誘導T細胞應答，只能與B細胞作用，誘導出短效的、低親和力的IgM 抗體。這種免疫反應不僅不能對腫瘤細胞產生細胞毒作用，反而可能會利于腫瘤細胞的免疫逃逸和轉移。為了誘導機體產生高親和力的IgG抗體，人們將Globo-H抗原與含有T細胞表位的蛋白共價連接，形成T細胞依賴性的偶聯物。目前最常用的載體蛋白是鑰孔戚血藍素蛋白（keyholelimpethemocyanin，KLH）。為了使這種結合不影響抗原表位的識別，需要連接物（如異雙功能交聯劑MBS）把二者偶聯起來。由于除了B細胞和T細胞的活化外，適應性免疫應答還需要由固有免疫應答分泌相應的細胞因子來提高免疫應答的效應，所以我們加入佐劑或者Toll樣受體（TLRs）的配體來刺激產生這些促進APCs成熟和細胞因子釋放的相關免疫活性物質來提高免疫應答效應。它們通過活化巨噬細胞表面的 TLRs 刺激APCs 釋放細胞因子，從而引發固有免疫應答并增強特異性免疫應答。皂苷類佐劑 QS-21被認為是目前最有效的糖疫苗佐劑。另外，與細菌病毒等外源性致病物質不同，腫瘤細胞是內源性的宿主細胞，腫瘤相關糖抗原會被機體識別為自身抗原。而且由于Globo-H在正常組織中也有少量的表達，其免疫原性很弱，因此通常會引起機體的免疫耐受。如何打破Globo-H的免疫耐受，是目前腫瘤糖疫苗研發中最關鍵的問題，這也是許多基于糖抗原的腫瘤疫苗在臨床試驗中失敗的根本原因[3]。

基于Globo-H引起的上述問題及解決方案，目前設計的Globo-H抗腫瘤糖疫苗基本由3部分組成：第一部分是與靶點密切相關的糖抗原Globo-H。第二部分是與糖抗原能共價結合的載體蛋白，最常用的為鑰孔戚血藍素蛋白KLH。第三部分為免疫佐劑，如皂苷類佐劑 QS-21[4]。

隨著化學合成工藝的發展，細胞糖抗原生化工程也獲得了迅猛發展。Globo-H抗腫瘤疫苗經歷了從提純天然糖抗原疫苗——半合成的糖抗原結合物疫苗——全合成的糖抗原結合物疫苗——基于非天然糖抗原的腫瘤疫苗???——基于細胞代謝糖工程的腫瘤糖疫苗發展過程[5]。為了加強抗原的免疫原性，人們分別嘗試了只含有Globo-H單抗原表位的Globo-H抗腫瘤疫苗和含有簇狀Globo-H單抗原表位的簇狀疫苗，以及含有多種 TACAs 多抗原表位的多價疫苗。目前具有多種腫瘤糖抗原多表位多價疫苗已經在一些臨床試驗中顯示出較單抗原表位抗腫瘤疫苗更強的免疫原性。例如，單分子多價多表位（Globo-H-GM2-sTn-TF- Tn） 疫苗在應用于卵巢、輸卵管及腹膜癌患者的I期臨床試驗中，顯示出了較單抗原表位抗腫瘤疫苗更強的免疫原性[6]。

3、Globo-H疫苗在臨床試驗中的表現

隨著腫瘤糖疫苗的研究取得了很大進展，多種糖抗腫瘤疫苗進入了臨床前或者各期臨床試驗階段，但是大多數基于天然糖抗原的腫瘤疫苗并未達到預期的效果。例如 Biomira 公司研發的STn-KLH 半合成腫瘤疫苗 Theratope，在Ⅲ期臨床試驗中并未能有效提高乳腺癌病人的存活率[7]。Westerlind et al合成的STn-OVA323-339的全合成疫苗，最終只能在三分之一的小鼠體內產生比較強烈的免疫應答[8]。這些基于天然糖抗原的腫瘤疫苗未獲得成功，主要是由于這些糖抗原大多被免疫系統識別為自身抗原，無法打破免疫耐受。

4、Globo-H抗腫瘤疫苗在治療乳腺癌方面的表現

1997年9月到1999年8月，為了觀察全合成Globo-H疫苗的毒性和免疫原性，27名伴有轉移的乳腺癌患者接受了該疫苗的I期臨床試驗，使用的疫苗為Globo—H偶聯KLH并聯合佐劑QS-21。這些患者在1、2、3、7、19周接受了連續五次的免疫程序，試驗發現該疫苗在患者中具有較好的耐受性。通過血清學分析，其中16名患者產生了顯著的IgM抗體效價升高，而通過親和力純化這些IgM抗體后，這些抗體顯示出針對Globo-H抗原的特異性識別。3名患者的樣本中有微量的 IgG抗體水平升高，9名患者的標本中發現了補體介導的細胞毒作用， 在8名患者體內發現了抗體介導的細胞毒反應。上述數據表明全合成Globo—H疫苗能被患者耐受且具有一定的免疫原性[9]。在此次試驗中研究者還發現，Globo—H疫苗不僅能誘導機體產生抗Globo-H抗體，還能誘導機體產生抗SSEA-3與SSEA-4抗體。隨后，Wen-Wei Changet al發現SSEA-3抗原在乳腺癌腫瘤干細胞中的表達要高于Globo-H。上述發現不僅為Globo-H的生物合成過程的闡明提供了線索，而且為新疫苗的發展開辟了方向[2]。

根據臨床I期試驗的陽性結果，II/III 期臨床試驗被批準在全世界超過 40 臨床中心中進行。349名轉移性乳腺癌患者以實驗組與對照組2：1的比例進行隨機分配，實驗組注射OPT822/OPT821疫苗，對照組使用安慰劑PBS；另外，兩組病人均接受 （300 mg/m2）環磷酰胺治療，并以無進展生存期（PFS）為主要療效指標。目前，在美國芝加哥所舉行的美國腫瘤醫學會（ASCO）2016年會上口頭報告的這一II/III期臨床試驗研究數據（研究摘要1003號）顯示，對照組與實驗組的主要療效指標無統計學差異。但是在實驗組中，有50%患者的IgG抗體效價超過了1：160，而這些患者的PFS較對照組具有統計學意義。這一結果為基于Globo-H抗腫瘤疫苗的未來發展保留了繼續探索的空間。至于該研究的次要療效指標、總生存期（OS）等，目前數據尚未成熟。在此研究中，由于免疫耐受的作用使疫苗并未在足夠多的患者中激活有效的免疫反應。所以如何更好的打破機體的免疫耐受成為了未來Globo-H疫苗發展的關鍵。

5、結語及展望

腫瘤疫苗在最近幾十年取得了巨大的進展，尤其是以Globo-H為代表的抗腫瘤糖疫苗更是取得了令人矚目的成就。雖然許多Globo-H抗腫瘤疫苗進入了臨床試驗階段，但目前還沒有Globo-H抗腫瘤疫苗被批準上市，目前阻礙其進一步發展的原因仍是抗腫瘤疫苗不能完全突破機體對抗原的免疫耐受。目前，基于細胞代謝糖工程的非天然糖抗原腫瘤疫苗和基于交叉反應性的腫瘤糖疫苗技術在克服抗原耐受方面取得了可喜的進展，Globo-H抗腫瘤疫苗研發很有可能沿著上述兩個方向發展。也許在不久的將來，Globo-H抗腫瘤疫苗能過突破免疫耐受的壁壘，為癌癥患者帶去福音。

參考文獻：

[1]Bremer EG， Levery SB， Sonnino S， et al. Characterization of a glycosphingolipid antigen defined by the monoclonal antibody MBr1 expressed in normal and neoplastic epithelial cells of human mammary gland. J Biol Chem. 1984. 259（23）： 14773-7.

[2]Chang WW， Lee CH， Lee P， et al. Expression of Globo H and SSEA3 in breast cancer stem cells and the involvement of fucosyl transferases 1 and 2 in Globo H synthesis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008. 105（33）： 11667-72.

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[8]Westerlind U， Hobel A， Gaidzik N， Schmitt E， Kunz H. Synthetic vaccines consisting of tumor-associated MUC1 glycopeptide antigens and a T-cell epitope for the induction of a highly specific humoral immune response. Angew Chem Int Ed Engl. 2008. 47（39）： 7551-6.

[9]Gilewski T， Ragupathi G， Bhuta S， et al. Immunization of metastatic breast cancer patients with a fully synthetic globo H conjugate： a phase I trial. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001. 98（6）： 3270-5.