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光动力疗法(Photodynamic Therapy,PDT)是一种被包括美国FDA在内的多家药品监管部门所批准应用于临床的抗肿瘤疗法。PDT通过光敏剂在特定波长的光激发下所诱导的细胞内氧化应激反应,引发细胞毒性,从而对肿瘤产生杀伤作用。在过去的三四十年里,PDT一直被作为一种主要依赖直接细胞毒作用来产生治疗效果的物理疗法,研究者在基础研究、临床前实验及临床实验层面开展了大量与PDT作用机制、光敏剂剂型、临床前及临床应用时的施疗方案有关的研究。然而时至今日,PDT相关的研究却陷入瓶颈,进展缓慢。人们对PDT的关注度和研究热情逐渐减退。在此背景下,迫于日趋严峻的肿瘤防治形势,本研究努力尝试变换研究角度和思路,积极地寻求突破,立足于肿瘤个体化治疗的新趋势,以“肿瘤免疫编辑”、“肿瘤干细胞”等新的理论为基础,结合新型的研究手段,旨在为筛选和发现新型光敏剂提供平台,对PDT的作用机制进行再次拓展和诠释,对其作用特点加以开发和利用,为拓广PDT临床应用范围提供理论依据。 HSP70是一种由hspala基因编码而成的应激蛋白,它在PDT诱导的氧化应激环境下显著上调。本研究利用hspala对PDT疗法的反应敏感性,将其作为分子开关,在PDT疗法诱导的氧化应激条件下,开启下游荧光素酶报告基因的转录表达,形成了快速高效的光敏剂PDT活性生物评价体系。本研究构建了一系列含有hspala基因上游启动子特定片段的荧光素酶报告基因载体,完成了对其启动子的分段删除分析和突变分析,通过检测转染了这些载体的细胞在PDT的作用下,其相对荧光素酶活性,鉴定出hspala的PDT反应活性区域位于其编码基因上游-218到+87(转录起始位置为0)之间。这段序列能够对PDT介导的氧化应激产生的反应,转染了融合该序列的报告基因载体形成的报告细胞,在Hyp-PDT下,最大能呈现出近9倍于正常状态的相对荧光素酶活性。利用ZnPc、Me等PDT阳性化合物进行的验证实验表明,在低浓度光敏剂的作用下,报告细胞的相对荧光素酶活性就能呈光敏剂浓度依赖性的显著升高,与监测MTT、ATP及ROS等指标来反应细胞活性的方法相比,本研究采用hspala启动子功能区域所构建的新型报告基因生物监测系统能够更为快速、准确、敏感地检测细胞内的PDT活性。 此外,许多报道表明,PDT的一个重要特征是能够引发免疫原性凋亡。本研究显示,PDT能够通过诱导ROS产生,引起内质网氧化应激,进而导致肿瘤细胞表面的“eat me”和“dont eat me”信号的异常表达。这种异常表达很有可能与PDT诱导的抗肿瘤免疫应答反应密切相关。这反应包括,PDT处理的路易斯肺癌细胞(PDT-LLC)能够增强同源未成熟DC细胞的吞噬能力、伴随着功能性免疫因子的释放(NOhigh,IL-10absent)、刺激其成熟表型的形成(CD80high,CD86high,及CD40high)、以及进一步对T细胞肿瘤特异性免疫反应的激活。此外,本研究还证明PDT-LLC以及负载了PDT-LLC的DC细胞(PDT-DC)能够在C57BL/6小鼠体内诱导抗肿瘤特异性免疫反应,使其呈现出对LLC肿瘤激活的耐受性。本研究因此将PDT诱导的免疫反应与肿瘤表面免疫相关的“eat me”和“dont eat me”信号联系起来,为PDT作用机制研究的拓展和再利用提供了理论依据,也为PDT作为一种个体化抗肿瘤免疫疗法的临床应用提供参考。 然而,包括PDT介导的肿瘤疫苗治疗法在内,大多数的抗肿瘤免疫疗法在临床实验或实际应用中的治疗效果却不尽如人意。因此,本研究基于肿瘤免疫编辑理论,尝试对造成这些不良预后现象的具体机制进行深入探讨,以期寻求积极的解决方法。本研究发现,肿瘤细胞在PDT介导的免疫治疗条件下,能够通过改变自身的表型来适应杀伤性免疫环境压力。本研究观察到在免疫治疗中仍存活的肿瘤细胞不论是成瘤性、干细胞表型、还是免疫耐受性都得到了增强。本研究构建了体内外免疫筛选系统,来获取在免疫治疗中逃逸的肿瘤组织和细胞,并进行体外的机制研究。结果表明,免疫筛选所得的细胞从整体上呈现出更多恶性化特征,并获得了更强的免疫逃逸能力,而这些表型的改变,很有可能是导致PDT免疫治疗后期效果不佳,肿瘤发生恶化或复发的原因。本研究还表明,血小板反应蛋白1(TSP-1)能够通过与CD47共同作用,来抑制肿瘤细胞在免疫筛选过程中的恶性进化,并削弱了其干细胞表型,使其对免疫系统的攻击更加敏感。本研究证明了TSP-1/CD47/SIRP-α分子信号轴对抗肿瘤免疫治疗环境下,肿瘤细胞的恶性进化起到了重要作用,同时提示了TSP-1在改善抗肿瘤免疫治疗临床效果,发现新型治疗靶点方面具有的重要潜在价值。 综上所述,本研究从PDT作用后肿瘤细胞最上游的事件细胞氧化应激入手,利用肿瘤免疫相关抗原在PDT作用下的表达规律和相互作用特点,建立了PDT抗肿瘤活性体外评价模型,探究了“eat me”和“dont eat me”信号动荡与PDT介导的抗肿瘤特异性免疫之间的关系,验证了PDT体外制备细胞(PDT-LLCs及PDT-DCs)在小鼠体内的抗肿瘤疫苗效应。本研究进一步在肿瘤免疫编辑理论的指导下,探明了过度免疫治疗环境下肿瘤细胞表型的恶性进化规律,揭示了TSP-1/CD47/SIRP-α分子信号轴在肿瘤细胞和免疫系统之间的调控作用,提示了TSP-1在肿瘤免疫治疗方面的临床应用价值。本研究的结果为新型光敏剂的筛选、开发和研究提供了平台,为PDT作为一种个性化肿瘤免疫治疗方式的再开发和再利用拓展了理论基础,为进一步认识和发展肿瘤免疫治疗,改善其临床治疗效果,开发潜在靶点提供了新的参考。