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        樹突狀細胞誘導的CIK 細胞對肺癌生長的抑制作用

        2012-12-01 04:47:26陳詩萍買世娟余杏娟柯妙拉夏建川高秋
        中國醫(yī)藥生物技術(shù) 2012年2期
        關鍵詞:孵育抗原標本

        陳詩萍,買世娟,余杏娟,柯妙拉,夏建川,高秋

        隨著現(xiàn)代分子生物技術(shù)和腫瘤免疫學的發(fā)展,生物治療已成為繼手術(shù)、化療、放療后的第 4 種腫瘤治療模式。當前腫瘤生物治療技術(shù)包括分子靶點藥物、單克隆抗體、細胞因子、細胞免疫治療和基因治療。肺癌的生物治療依次經(jīng)歷了細胞因子(如 IL-2)療法、腫瘤殺傷細胞[如自體細胞因子誘導殺傷細胞(cytokine-induced killer,CIK)]的過繼免疫治療、腫瘤浸潤淋巴細胞(tumor-infiltrating lymphocyte,TIL)療法和單克隆抗體療法,但效果均不理想。根據(jù)腫瘤細胞與免疫細胞之間的信號傳導及抗原呈遞過程方面的研究,無論何種生物治療方法,宿主體內(nèi)的抗原加工與呈遞是誘發(fā)宿主免疫系統(tǒng)抗腫瘤免疫的核心。迄今為止,樹突狀細胞(dendritic cell,DC)是所發(fā)現(xiàn)的功能最強的抗原呈遞細胞(APC)。有關研究已表明肺癌組織及外周血中 DC的數(shù)目與肺癌的預后呈成正相關,可是大多數(shù)肺癌組織中有 DC的數(shù)量減少或功能缺陷,因此考慮體外培養(yǎng) DC 并用抗原刺激制備腫瘤疫苗,用于治療術(shù)后殘余病灶或微轉(zhuǎn)移的患者。但由于肺癌是實體瘤,抗原性較弱,DC 疫苗的療效還未肯定,所以有必要通過實驗觀察 DC 誘導的抗肺癌免疫作用。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        1.1.1 主要試劑 淋巴細胞分離液為天津美德太平洋科技有限公司產(chǎn)品;GT-T561 無血清培養(yǎng)基為日本 TaKaRa公司產(chǎn)品;GM-CSF、IL-4、IL-1、IL-2干粉為北京四環(huán)生物制藥有限公司產(chǎn)品;TNF-α、IFN-γ、CD3 購自廣州英韋創(chuàng)津生物科技有限公司;用 GT-T561 無血清培養(yǎng)基配成溶液。

        1.1.2 儀器 JEM-2100F 型透射電鏡為日本電子株式會社產(chǎn)品;CYTOMICS FC500 型流式細胞儀為美國貝克曼公司產(chǎn)品。

        1.1.3 實驗動物 SPF 級 BALB/C 裸小鼠50只,雌雄兼用,鼠齡 4~6周,體重 16~18 g,由中山大學醫(yī)學院實驗動物中心繁殖傳代(合格證:粵檢證字 2002A009)。飼養(yǎng)條件:恒溫,空氣層流過濾。

        1.2 方法

        1.2.1 小鼠肺癌移植瘤模型建立 肺癌手術(shù)標本剪切成 2 mm×2 mm×2 mm的組織塊,接種裸鼠雙側(cè)背部皮下,模型建成后以等量移植瘤組織接種裸鼠,篩選有腫瘤生長的裸鼠以腫瘤體積為主要參數(shù)按照隨機的原則分組予以處理。計算公式為腫瘤體積=π/6(a+b)3,其中 a 為腫瘤長徑,b 為腫瘤短徑。

        1.2.2 病理分析 取裸鼠肺癌移植瘤組織做病理切片,HE 染色觀察確定腫瘤類型,并與患者手術(shù)標本的病理切片比較。

        1.2.3 DC 培養(yǎng)及負載 取用于建立裸鼠移植瘤的肺癌標本的同一患者的外周血,以淋巴細胞分離液常規(guī)分離,所得的單個核細胞用 GT-T561 無血清培養(yǎng)基重懸并調(diào)整細胞濃度為6×106個/ml,置37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中靜止培養(yǎng) 1 h。貼壁的細胞成分中加入含有 IL-4(30 ng/ml)、GM-CSF(50 ng/ml)和慶大霉素(80 IU/ml)的GT-T561 無血清培養(yǎng)基培養(yǎng),在培養(yǎng)的第 2、4、6 天補加含IL-4(30 ng/ml)和GM-CSF(50 ng/ml)的培養(yǎng)基。將同一患者手術(shù)切除的肺癌組織用反復凍融的方法制備腫瘤細胞裂解物,在培養(yǎng)第 8 天加到DC 細胞中,濃度為100 mg/L,4 h 后加入工作濃度為10 ng/ml的TNF-α,培養(yǎng) 24 h 以刺激 DC成熟。

        1.2.4 CIK 細胞培養(yǎng)及誘導 上述未貼壁細胞中加入含慶大霉素(80 IU/ml)、IFN-γ(50000 IU)的GT-T561 無血清培養(yǎng)基中,第 2 天補加入細胞因子 IL-1、IL-2和CD3,使終濃度分別為50 ng/ml、50000 IU/ml和5μg/ml。培養(yǎng)第 5 天補加含 IL-2的GT-T561 無血清培養(yǎng)基,在培養(yǎng)第 9 天,以 DC 與CIK 細胞 1∶10的比例將腫瘤細胞裂解物負載的DC 加入 CIK 細胞中,繼續(xù)培養(yǎng),所得的細胞為DC-CIK 細胞。

        1.2.5 倒置顯微鏡及透射電鏡觀察 DC 細胞 每天應用倒置顯微鏡觀察 DC 及CIK 細胞生長情況。收集 DC,用 2% 多聚甲醛和22.5% 戊二醛混合液前固定,經(jīng) PBS 漂洗后,用 1% 鋨酸后固定,梯度乙醇脫水、滲透,LR White 樹脂包埋,超薄切片,醋酸鈾枸櫞酸鉛雙重染色,透射電鏡觀察。

        1.2.6 細胞表型分析 單個核細胞培養(yǎng)第 5 天及抗原刺激后收獲 DC,用 PBS 洗滌重懸后加入PE 或 FITC 標記的CD1a、HLA2DR、CD80、CD86、CD14 鼠抗人單抗,于培養(yǎng)第 5 天和第10 天即與DC 共孵育 24 h 后收獲 CIK 細胞,用PBS 洗滌重懸后加入 CY5-PE、PE 或 FITC 標記的CD3、CD4、CD8 及CD56 鼠抗人單克隆抗體,4 ℃ 孵育 30 min,用 PBS 洗滌 2 次,重新懸浮,流式細胞儀檢測。分析軟件為ELITE,樣本細胞數(shù)不少于5×105個。

        1.2.7 荷瘤裸鼠處理及處理后觀察 按照隨機分組原則將裸鼠分為4組,分別為DC-CIK組、CIK組、DC組和NS組(生理鹽水對照組),每組9只。于裸鼠腫瘤同側(cè)腋窩皮下分別注射 DC-CIK細胞、未經(jīng)誘導的CIK 細胞和DC。注射劑量為1×106個/只,注射液體總量為0.1ml/只。對照組注射等量生理鹽水。每星期觀察腫瘤生長情況2 次,直至處理后約 1個月,處死裸鼠稱取腫瘤重量,計算抑瘤率。

        抑瘤率=(對照組平均瘤重-治療組平均瘤重)/對照組平均瘤重×100%

        1.3 統(tǒng)計學分析

        2 結(jié)果

        2.1 動物模型的建立

        成功建立肺癌移植瘤模型,肺癌手術(shù)標本和裸鼠移植瘤組織 HE 染色比較,兩者病理類型一致,但移植瘤的腫瘤惡性程度增加(圖 1)。

        圖1 肺癌患者手術(shù)標本與裸鼠肺癌移植瘤的病理學比較(×200)(A:高分化乳頭狀肺癌標本;B:裸鼠移植瘤組織)Figure1 Pathological comparison between resected sample of lung cancer patient and implanted tumor in nude mice (×200)(A: Resected sample of lung cancer patient was diagnosed as well-differentiated palillary adenocarcinoma; B: Xenografted tumor in nude mice)

        2.2 DC的形態(tài)及細胞表型結(jié)果

        細胞培養(yǎng) 24 h 后可見有少數(shù)細胞懸浮;第3~4 天懸浮細胞較多,聚集成團,細胞體積增大,形態(tài)不規(guī)則,長條形多見,有突起;培養(yǎng)第 6~7 天時細胞體積增大明顯,呈多邊形,長的突起增多;于培養(yǎng)第 7 天及與腫瘤抗原共孵育 1 d 后透射電鏡觀察,可見 DC 有大量長短不一的突起由胞體伸出,細胞核呈腎形并偏于一側(cè),常染色質(zhì)增多,胞漿內(nèi)富含線粒體和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),較少溶酶體。與腫瘤抗原共孵育后,可觀察到 DC 細胞體積增大,突起增多增長,包繞并吞噬腫瘤細胞裂解物的現(xiàn)象(圖 2)。

        圖2 透視電鏡觀察 DC的超微結(jié)構(gòu)(A:DC 典型形態(tài)×2400;B:DC 捕獲抗原×6400)Figure2 Transmission electron microscopy of cultured DC[A: Typical appearance of DC (×2400); B: DC capturing antigen (×6400)]

        培養(yǎng)第 5 天,HLA2DR、CD14 表達較高,CD80 表達量較低。抗原刺激后CD86 表達較高,CD80 及HLA2DR 表達增加,CD1a 也有表達,CD14 表達有所降低(表1)。說明加入腫瘤抗原刺激后細胞表型有變化,因此,經(jīng)腫瘤細胞裂解物負載的DC是成熟型。

        表1 DC 細胞表型結(jié)果Table1 Surface phenotype of DC cells

        2.3 CIK 細胞的形態(tài)及細胞表型結(jié)果

        培養(yǎng)第 3 天,CIK 細胞數(shù)目增多,體積也增大;第 7 天可見有細胞集落形成;當 DC 與CIK細胞共孵育 24 h 后所得的細胞即為DC-CIK 細胞,可見 CIK 細胞圍繞在DC的胞體及突起周圍。培養(yǎng)第 7 天電鏡觀察細胞核較大,核漿比例大,細胞核中異染色質(zhì)較多,胞漿內(nèi)細胞器較少。培養(yǎng)第 5 天及與腫瘤細胞裂解物負載的DC 共孵育后檢測 CD3、CD4、CD8 及CD56 抗原表達率,加入抗原刺激前后CD3、CD4 變化不明顯,而CD8 表達升高,CD56 表達降低(表 2)。

        表2 CIK 細胞表型分析Table2 Surface phenotype of CIK cells

        2.4 DC 誘導的CIK 細胞對肺癌移植瘤的生長抑制

        肺癌移植瘤在裸鼠體內(nèi)傳第 4 代時取等量移植瘤組織接種裸鼠,4組裸鼠腫瘤平均瘤重、瘤體積和腫瘤生長抑制率見表3。DC-CIK 細胞對腫瘤的生長有抑制作用,且較 CIK 細胞的抑制作用更強(P<0.05)。

        3 討論

        本實驗采用外周血作為DC 來源,用 75 cm2培養(yǎng)瓶貼壁的培養(yǎng)方法,并且應用自體血漿作為DC 生長必需的營養(yǎng)來源。該法優(yōu)點是取材方便,制備過程簡單,避免了應用異種血清 FBS 對 DC的干擾。本實驗應用患者自身手術(shù)切除標本作為腫瘤抗原來源,比較了抗原負載前后的表面抗原表達情況,刺激前 CD80 表達率較低,刺激后HLA2DR、CD80 顯著升高,表明該法制備的DC 已經(jīng)成熟。成熟與未成熟 DC的功能不同,未成熟 DC 捕獲抗原的能力較強,但激發(fā) T 細胞免疫反應能力較差,成熟的DC 具有較強的抗原呈遞功能,能將抗原呈遞給腫瘤抗原特異性 T 細胞,產(chǎn)生特異性的抗腫瘤免疫應答。本實驗制備的腫瘤抗原可以刺激DC 成熟并且使數(shù)量擴增,培養(yǎng)前后比較擴增率為4~5 倍。另外,本實驗從外周血一次分離所得的單個核細胞中,以貼壁的單核細胞作為DC的前體細胞,同時未貼壁的淋巴細胞用來培養(yǎng) CIK 細胞,合理利用各種細胞成分,不致造成細胞浪費,減輕患者負擔。培養(yǎng)所得的CIK 細胞通過光鏡觀察發(fā)現(xiàn)細胞擴增明顯,采用流式細胞儀表型分析 CIK細胞與DC 共孵育前后抗原表達率的變化,CD3表達率升高、CD4 變化不明顯,而 CD8 表達則有所升高,CD16/56 表達率明顯下降,說明 DC-CIK主要是表型為CD3+、CD8+的T 細胞,與報道中 CIK 細胞主要是 NK和T 細胞的說法不同,可能與腫瘤相關抗原 (TAA)-DC能特異性誘導CD8+ 細胞有關。

        表3 DC-CIK 對肺癌裸鼠移植瘤生長的抑制作用( )Table3 The antitumor effect of DC-CIK cells on xenografted tumor in nude mice ( )

        表3 DC-CIK 對肺癌裸鼠移植瘤生長的抑制作用( )Table3 The antitumor effect of DC-CIK cells on xenografted tumor in nude mice ( )

        實驗組Groups腫瘤平均體積(cm3)Average volume (cm3)腫瘤平均重量(g)Average weight (g)抑制率(%)Inhibition rate (%)P 值P value DC-CIK 0.3183±0.32 0.4700±0.38 70.3 0 CIK 0.9836±0.31 1.0522±0.25 33.5 0.053 DC 0.9871±0.38 1.3000±0.25 17.9 0.291 NS 1.7134±1.32 1.5833±0.99 – –

        由于裸鼠體內(nèi) T 細胞免疫缺陷,選用裸鼠實驗對象消除了動物體內(nèi) T 細胞的干擾,另外實驗中以肺癌患者手術(shù)標本建立移植瘤模型,能夠更好地模擬患者體內(nèi)情況,而且病理分析也發(fā)現(xiàn)移植瘤與手術(shù)標本病理類型一致,但是病理分級升高,這與患者術(shù)后微小殘余病灶的復發(fā)或者轉(zhuǎn)移的情況相似。所以本實驗實際上是以裸鼠為媒介模擬患者體內(nèi)情況,觀察 DC-CIK的體內(nèi)抗腫瘤作用,做到觀察的個體化。用肺癌手術(shù)切除標本建立移植瘤模型的過程中,發(fā)現(xiàn)傳代后接種成瘤率約為75%,所以本實驗不能預先觀察 DC 對肺癌移植瘤發(fā)生的預防作用,只能觀察其對移植瘤的生長抑制作用。

        實驗過程中發(fā)現(xiàn),在處理后的第 15 天左右,DC-CIK組中腫瘤開始較快地生長,這說明了DC-CIK 對體積較小的腫瘤抑制作用明顯,而隨著腫瘤體積增大,這種抑制作用減小。因而臨床上 DC應當用于治療手術(shù)后微小殘余病灶和微轉(zhuǎn)移病灶,而且應當縮短注射的間期。本實驗通過荷瘤裸鼠體內(nèi)抗瘤實驗證實了 DC-CIK 細胞抗肺癌作用明顯高于CIK 細胞的作用,提示 DC-CIK 細胞治療是更為有效的抗肺癌生物治療方法,為DC 疫苗用于臨床治療提供了理論依據(jù)。

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