作者:陸舜單位:上海交通大學附屬胸科醫院第十九章

腫瘤分子靶向治療和基因治療第一節腫瘤分子靶向治療概述第二節腫瘤分子靶向治療的分類第三節腫瘤分子靶向治療藥物的臨床應用第四節腫瘤基因治療簡史第五節腫瘤基因治療要素組成第六節腫瘤基因治療策略重點難點熟悉了解掌握腫瘤分子靶向治療的定義；腫瘤分子靶向治療的分類腫瘤分子靶向藥物的臨床應用策略臨床常用的腫瘤分子靶向藥物腫瘤分子靶向治療概述第一節腫瘤分子靶向治療是以腫瘤細胞的標志性分子為靶點，研制出有效的阻斷劑，干預細胞發生癌變的環節，如通過抑制腫瘤細胞增殖、干擾細胞周期、誘導腫瘤細胞分化、抑制腫瘤細胞轉移、誘導腫瘤細胞凋亡及抑制腫瘤血管生成等途徑達到治療腫瘤的目的。腫瘤學概論（第2版）一、腫瘤分子靶向治療的定義腫瘤學概論（第2版）二、腫瘤分子靶向治療的靶點和治療特點（一）腫瘤分子靶向治療的靶點腫瘤的生長因子受體、信號轉導分子、細胞周期蛋白、細胞凋亡調節因子、蛋白水解酶、血管內皮生長因子等都可以作為腫瘤治療的分子靶點。（二）腫瘤分子靶向治療的治療特點主要是針對腫瘤細胞，而對正常細胞影響小。腫瘤分子靶向治療的分類第二節腫瘤學概論（第2版）腫瘤分子靶向治療根據其作用機制可分為兩大類：一是針對腫瘤細胞本身的治療；二是針對腫瘤生長微環境的治療。（一）針對細胞膜上生長因子受體和細胞膜分化抗原的靶向治療此類靶向治療藥物多數為單克隆抗體，單克隆抗體與生長因子受體或抗原的特異性結合，通過阻斷細胞增殖信號，誘導腫瘤免疫應答，產生抗體依賴性細胞介導的細胞毒作用（ADCC）和補體介導細胞毒作用（CDC），達到殺傷腫瘤細胞的目的。根據作用的靶分子不同，單克隆抗體可以分為作用于細胞生長因子受體的單克隆抗體和作用于細胞膜分化抗原的單克隆抗體兩類。腫瘤學概論（第2版）一、針對腫瘤細胞本身的分子靶向治療（一）針對細胞膜上生長因子受體和細胞膜分化抗原的靶向治療1.作用于細胞生長因子受體的單克隆抗體單克隆抗體與相應生長因子受體結合后將阻斷細胞增殖信號轉導，抑制腫瘤細胞生長，同時也能通過誘導免疫應答殺傷腫瘤細胞。（1）作用于EGFR家族的單克隆抗體：單克隆抗體與EGFR家族成員結合后，阻斷了其與配體的結合，從而阻斷了腫瘤細胞內增殖和生存的主要信號途徑。（2）作用于VEGFR的單克隆抗體：單克隆抗體與VEGFR結合后不僅抑制腫瘤血管新生，同時還可以抑制腫瘤細胞增殖，促進腫瘤細胞凋亡。（3）作用于IGFR的單克隆抗體：IGF1R單克隆抗體能夠封閉腫瘤細胞表面過表達的IGF1R，使其不能與IGF1結合，從而促進腫瘤細胞凋亡。腫瘤學概論（第2版）一、針對腫瘤細胞本身的分子靶向治療腫瘤學概論（第2版）（一）針對細胞膜上生長因子受體和細胞膜分化抗原的靶向治療2.針對細胞膜分化抗原的單克隆抗體細胞膜分化抗原是指在細胞分化、成熟和活化過程中出現的細胞表面標記，通常以分化抗原簇（Clusterofdifferentiation，CD）來代表。白細胞分化抗原在一些血液系統惡性腫瘤中會出現高表達。單克隆抗體與白細胞分化抗原結合后通過ADCC和CDC效應殺傷腫瘤細胞。一些分化抗原單克隆抗體與化學藥物、放射性核素共同構成單克隆抗體偶聯物，使殺傷腫瘤細胞的活性物質特異性地作用于腫瘤細胞。單克隆抗體與相應生長因子受體結合后將阻斷細胞增殖信號轉導，抑制腫瘤細胞生長，同時也能通過誘導免疫應答殺傷腫瘤細胞。腫瘤學概論（第2版）一、針對腫瘤細胞本身的分子靶向治療腫瘤學概論（第2版）（二）針對細胞內信號轉導分子的靶向治療腫瘤學概論（第2版）一、針對腫瘤細胞本身的分子靶向治療1.酪氨酸激酶抑制劑酪氨酸激酶抑制劑可以抑制酪氨酸激酶的自身磷酸化及底物的磷酸化，阻斷異常的酪氨酸激酶信號轉導，從而抑制細胞增殖，促進細胞凋亡。（1）受體型酪氨酸激酶抑制劑：包括單靶點EGFR酪氨酸激酶抑制劑和多靶點酪氨酸激酶抑制劑。它可抑制酪氨酸激酶的自身磷酸化及底物的磷酸化，進而阻斷異常的酪氨酸激酶信號轉導。（2）非受體型酪氨酸激酶抑制劑：非受體型酪氨酸激酶包括BCR-ABL酪氨酸激酶和SRC酪氨酸激酶等，抑制劑通過調節蛋白的磷酸化水平，激活細胞增殖和分化信號通路。（二）針對細胞內信號轉導分子的靶向治療腫瘤學概論（第2版）一、針對腫瘤細胞本身的分子靶向治療2.酪氨酸激酶下游信號轉導通路關鍵分子抑制劑酪氨酸激酶激活的主要下游信號傳導通路包括RAS-MAPK信號通路和PI3K/AKT/mTOR信號通路等。（1）

RAS-MAPK信號通路：涉及藥物作用靶點包括RAS、RAF、MEK、ERK以及核內相關轉錄因子等。（2）

PI3K/AKT/mTOR信號通路：PI3K活化后可激活下游激酶如AKT等，激活的AKT轉移至細胞核內磷酸化mTOR，活化的mTOR作用于下游底物從而產生生物學作用，其中mTOR為腫瘤治療的一個重要靶點。（三）針對細胞周期蛋白的靶向治療腫瘤學概論（第2版）一、針對腫瘤細胞本身的分子靶向治療細胞周期調控是一個非常復雜和精細的調節過程，它與細胞的分化、生長和死亡有著緊密的關系。周期素依賴性激酶/周期素（CDK/cyclin）是細胞周期調控網絡的核心，主導周期的啟動、進行和結束。Aurora激酶為細胞有絲分裂的重要調節激酶。以CDK/cyclin和Aurora激酶為靶點的靶向治療是目前的研究重點。（四）針對細胞凋亡調節因子的靶向治療腫瘤學概論（第2版）一、針對腫瘤細胞本身的分子靶向治療細胞凋亡是細胞在一定的生理或病理條件下，遵循自身程序，由基因控制的細胞自主性死亡方式。細胞凋亡的相關調控基因包括凋亡促進基因和凋亡抑制基因兩大類。凋亡促進基因包括：P53基因、MYC基因、TRAIL基因等。凋亡抑制基因包括：BCL-2基因、IAP家族、COX-2基因等。以細胞凋亡相關調控基因為靶點，誘導腫瘤細胞凋亡，是目前腫瘤分子靶向治療重要的研究方向。（五）針對細胞表觀遺傳學的靶向治療腫瘤學概論（第2版）一、針對腫瘤細胞本身的分子靶向治療腫瘤細胞還常常存在表觀遺傳學異常，包括DNA異常甲基化、組蛋白去乙酰化異常及其所致的染色質結構異常。甲基轉移酶抑制劑可以使抑癌基因的功能得到恢復，即去甲基化，從而達到治療腫瘤的目的。組蛋白去乙酰化酶抑制劑就是通過逆轉組蛋白低乙酰化水平，恢復某些抑癌基因的功能而發揮治療癌癥的作用。腫瘤學概論（第2版）腫瘤學概論（第2版）腫瘤在其發生和發展過程中所處的內環境即腫瘤微環境由血管、間質細胞、細胞外基質和少量免疫細胞組成，它是腫瘤細胞生存、增殖的土壤，與腫瘤的增殖及轉移密切相關。而針對腫瘤生長微環境的分子靶向治療目前臨床上研究最多的是抗腫瘤血管和新生血管生成的治療。腫瘤學概論（第2版）二、針對腫瘤生長微環境的治療（一）抗VEGF藥物腫瘤學概論（第2版）二、針對腫瘤生長微環境的治療在眾多血管生成因子中，VEGF作用最強，在血管生成過程中發揮著至關重要的調控作用，VEGF和VEGFR在腫瘤細胞及腫瘤血管內皮中均呈高表達，是抗腫瘤血管生成最為理想的靶點。（二）抑制細胞外基質降解的藥物腫瘤學概論（第2版）二、針對腫瘤生長微環境的治療基質金屬蛋白酶（MMP）能降解細胞外基質，使內皮細胞進入腫瘤間質，從而促進腫瘤細胞的遷徙及腫瘤血管的形成。天然和人工合成的基質金屬蛋白酶抑制劑能阻斷MMP降解細胞外基質成分，從而抑制腫瘤的轉移和新生血管的生成。（三）直接抑制內皮細胞的藥物腫瘤學概論（第2版）二、針對腫瘤生長微環境的治療新生血管主要有內皮細胞、周細胞和基底膜構成，內皮細胞的激活、遷移和增殖是血管生成的關鍵步驟。內皮抑素是膠原Ⅷ的C末端非膠原區結構域的184個氨基酸片段，可抑制血管內皮細胞的增生，從而抑制血管生成。（四）其他抗腫瘤血管生成藥物腫瘤學概論（第2版）二、針對腫瘤生長微環境的治療角鯊胺（squalamine）是從鯊魚肝臟提取的血管抑制劑，可通過選擇性抑制內皮細胞H+-Na+交換發揮抗血管生成作用；沙利度胺（thalidomide）通過下調VEGF、抑制COX-2及其下游因子PGE2，從而抑制腫瘤血管生成。腫瘤分子靶向治療藥物的臨床應用第三節（一）分子靶向藥物單獨應用有些分子靶向藥物可單獨用于治療某些腫瘤。EGFR酪氨酸激酶抑制劑，譬如吉非替尼、厄洛替尼或埃克替尼治療敏感基因突變的晚期非小細胞肺癌總有效率超過70%，遠遠優于傳統化療。伊馬替尼治療慢性粒細胞白血病慢性期患者的完全血液學緩解率超過90%。腫瘤學概論（第2版）一、分子靶向藥物臨床應用策略（二）分子靶向藥物與化療聯合應用分子靶向藥物與化療聯用是目前單克隆抗體和抗腫瘤血管生成藥物臨床應用的主要方式，如曲妥珠單抗聯合化療治療乳腺癌，貝伐單抗、西妥昔單抗聯合化療治療結直腸癌和非小細胞肺癌等，都可以提高腫瘤治療的緩解率和延長患者的生存期。腫瘤學概論（第2版）一、分子靶向藥物臨床應用策略（三）分子靶向藥物與放療聯合應用EGFR過度表達使腫瘤對放療敏感性下降，應用EGFR酪氨酸激酶抑制劑或EGFR單克隆抗體可以使腫瘤細胞對放療敏感性增強。抗血管生成治療可以改建腫瘤紊亂的血管網，使之結構、功能趨于正常化，從而改善局部血液循環，降低腫瘤間質壓力，提高局部氧分壓的作用，從而增加腫瘤細胞對放療的敏感性。抗血管生成藥物與放療聯合應用可增加腫瘤的放療敏感性。腫瘤學概論（第2版）一、分子靶向藥物臨床應用策略（四）分子靶向藥物聯合應用腫瘤的發生、發展機制復雜，可能同時存在多基因、多條轉導通路異常。分子靶向藥物的聯合應用治療腫瘤是目前重要的研究方向，貝伐單抗聯合EGFR酪氨酸激酶抑制劑厄洛替尼用于治療晚期非小細胞肺癌的臨床試驗結果表明，兩者聯合應用顯示出抑制腫瘤生長的協同效應。腫瘤學概論（第2版）一、分子靶向藥物臨床應用策略腫瘤分子靶向藥物還可以根據藥物化學結構分為單克隆抗體和小分子化合物兩類，單克隆抗體類藥物的特點是多數不能穿透細胞膜，通過作用于細胞微環境或細胞表面的分子發揮作用。小分子化合物則可以穿透細胞膜，通過與細胞內的靶分子結合發揮作用。腫瘤學概論（第2版）二、臨床常用的腫瘤分子靶向藥物（一）單克隆抗體類藥物腫瘤學概論（第2版）一、臨床常用的腫瘤分子靶向藥物1.西妥昔單抗一種EGFR單克隆抗體，可以治療結直腸癌、非小細胞肺癌和頭頸部腫瘤。2.貝伐單抗一種VEGF單克隆抗體，可以治療結直腸癌、非鱗型非小細胞肺癌。3.曲妥珠單抗一種HER-2單克隆抗體，可以治療乳腺癌、胃癌和賁門癌。4.利妥昔單抗一種CD20單克隆抗體，可以治療CD20表達陽性淋巴瘤。腫瘤學概論（第2版）（二）小分子化合物腫瘤學概論（第2版）一、臨床常用的腫瘤分子靶向藥物1.表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑（EGFR-TKI）包括吉非替尼、厄羅替尼和埃克替尼，可以治療EGFR基因敏感突變陽性的非小細胞肺癌。2.索拉非尼一種多靶點酪氨酸激酶抑制劑，可以治療腎細胞癌和肝細胞癌。3.舒尼替尼一種多靶點酪氨酸激酶抑制劑，可以治療不能手術的晚期腎細胞癌和胃腸道間質瘤。4.伊馬替尼一種BCR-ABL酪氨酸激酶的抑制劑，可以治療費城染色體陽性的白血病和胃腸道間質瘤。5.依維莫司一種mTOR抑制劑，可治療腎細胞癌和室管膜下巨細胞性星形細胞瘤。腫瘤學概論（第2版）腫瘤基因治療簡史第四節腫瘤學概論（第2版）20世紀50年代20世紀60年代1990年2000年開始2009年2015年2017年DNA雙螺旋結構被發現，疾病研究進入基因時代基因治療里程碑事件——臨床應用轉基因治療腺苷脫氨酶（ADA）缺陷癥基因治療被《科學》雜志評為“十大科學突破之一”提出基因交換和優化設想腫瘤基因治療起步多項基因治療臨床試驗獲得成功首個CAR-T細胞療法臨床應獲批治療黑色素瘤的溶瘤病毒藥物獲批腫瘤學概論（第2版）腫瘤基因治療史上的技術突破初級技術體系的建立1.發現DNA雙螺旋結構、限制性內切酶、DNA連接酶和逆轉錄酶2.發明基因體外擴增、基因克隆與重組、載體構建和傳遞等技術分子生物學和基因工程技術的突破性進步1.基因工程技術：構建多種病毒載體及非病毒載體2.基因編輯技術：任意修復基因缺陷3.細胞工程技術：體內提取細胞在體外進行改造，再輸回體內腫瘤學概論（第2版）針對單基因的基因治療成功案例1.腺苷脫氨酶（ADA）缺陷所致重癥聯合免疫缺陷癥2.A型血友病、心衰、罕見失明等疾病

腫瘤基因治療的成功案例腫瘤壞死因子基因導入腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL）治療晚期黑色素瘤CD154基因導入B淋巴細胞治療慢性淋巴細胞白血病溶瘤痘病毒JX-594治療肝癌溶瘤病毒藥物T-Vec治療黑色素瘤

CAR-T細胞治療復發或難治性急性淋巴細胞白血病和成人復發/難治性大B細胞淋巴瘤

代表性基因治療成功案例腫瘤學概論（第2版）腫瘤基因治療注冊的臨床試驗已達數千項占所有基因治療臨床試驗的60%以上是腫瘤治療最具前景領域腫瘤基因治療現狀與發展腫瘤基因治療要素組成第五節腫瘤學概論（第2版）基因治療要素組成概況要素組成載體系統病毒載體腺病毒載體腺相關病毒載體逆轉錄病毒載體慢病毒載體非病毒載體真核細胞表達質粒陽離子多聚物和脂質體納米粒、人工外泌體目的基因直接針對腫瘤細胞的基因癌基因抑癌基因自殺基因提高免疫細胞功能的基因受體細胞免疫細胞腫瘤浸潤性淋巴細胞樹突狀細胞其他免疫效應細胞腫瘤細胞干細胞腫瘤學概論（第2版）一、載體系統

載體概念：治療基因導入人體細胞內的運送工具

分類：病毒載體和非病毒載體（一）病毒載體

特點：轉移效率和持久性較高用途：通過改造野生型病毒，去除其病原性并保留高轉染效率的特性，利

用基因工程方法加入目的基因，再通過生物學感染的方法導入細胞

內表達目的基因病毒分類：DNA病毒、RNA病毒和嵌合型病毒腫瘤學概論（第2版）病毒載體腺病毒載體腺相關病毒載體逆轉錄病毒載體慢病毒載體類型雙鏈DNA病毒

單鏈線狀DNA病毒

RNA病毒

逆轉錄病毒科慢病毒屬

優點①

感染效率高，宿主細胞范圍廣；②

致病性低；③

可攜帶目的基因容量大；④穩定性好，易于獲得高滴度的病毒顆粒；①

基因組小，易于操作；②

能感染分裂期和非分裂期細胞；③

生物安全性好；④

高效整合，可持續穩定表達。

①

能準確整合于宿主細胞染色體中，外源目的基因能長期穩定表達；②

宿主細胞廣泛；③

無毒性作用；④

可附加不同調控元件提高外源基因的表達效率。

①

基因容量大；②

目的基因表達時間長；③

不易誘發宿主免疫反應。缺點①

不能整合到宿主的染色體上

，表達時間短，需重復給藥；②

病毒載體易被清除，產生過敏反應；③

缺乏特異性和靶向性。

①

體外不容易制備高滴度病毒；②

裝載容量有限；③

需輔助病毒參與復制。

①

只能感染分裂期細胞；②

無靶向性，可能引起細胞惡變；③

裝載外源基因能力有限；④

病毒滴度低，不易純化。

①

毒力恢復問題；②

垂直感染。病毒載體分類和特點腫瘤學概論（第2版）一、載體系統（二）非病毒載體優點：安全性高，易制備缺點：轉染效率低，表達不穩定種類：

1.

真核細胞表達質粒：將外源基因構建于真核表達載體

2.

陽離子多聚物和脂質體：優點：攜帶的基因不受DNA大小限制、無生物源性、體外穩定性好、體內可生物降解缺點：轉染效率低，表達短暫

3.

納米粒：具有靶向性，安全性好，可通過血腦屏障，不被核酸酶降解腫瘤學概論（第2版）二、目的基因（一）直接針對腫瘤細胞的基因1.癌基因通過基因封閉抑制癌基因（如K-RAS、MYC）功能，能抑制腫瘤生長方法：RNA干擾，反義核苷酸技術，核酶技術2.抑癌基因將野生型抑癌基因（如TP53、p16、p21、p27及RB1）導入腫瘤細胞，補償和代替突變或缺失的抑癌基因，重建其功能，抑制腫瘤細胞異常生長腫瘤學概論（第2版）二、目的基因（一）直接針對腫瘤細胞的基因3.自殺基因作用機制：將細菌、病毒和真菌中特有的藥物敏感基因導入腫瘤細胞，在腫瘤細胞內將無毒性的藥物前體轉換成毒性藥物，靶向殺傷腫瘤細胞通過血管或者細胞間隙，將代謝的毒性產物從導入自殺基因的腫瘤細胞中擴散到鄰近的腫瘤細胞，引發旁觀者效應，殺死其周邊的腫瘤細胞常用自殺基因系統：單純皰疹細胞I型胸苷激酶/丙氧鳥苷（HSV1-tk/GCV）系統帶狀皰疹病毒胸腺嘧啶激酶/阿糖甲氧基嘌呤（VZVtk/Ara2M）系統

胞嘧啶脫氨酶/5氟胞嘧啶（CD/5-FC）系統硝基還原酶/CB1954（NTR/CB1954）系統腫瘤學概論（第2版）二、目的基因（二）提高免疫細胞功能的基因1.

目的基因種類MHC/HLA共刺激分子腫瘤抗原細胞因子的相應基因2.

用法上述基因導入免疫細胞、干細胞、纖維細胞等易于體內移植的細胞后可在體內長期大量表達，增強機體對腫瘤的免疫反應，治療腫瘤腫瘤學概論（第2版）三、受體細胞優點1.來源容易2.易在體外培養和擴增3.易于被基因轉染并高效表達4.易于體內移植或回輸，所攜帶的目的基因能在體內穩定表達5.生存壽命較長

種類1.免疫細胞2.腫瘤細胞3.干細胞腫瘤學概論（第2版）三、受體細胞（一）免疫細胞1.腫瘤浸潤性淋巴細胞

對自體癌細胞有高度特異性殺傷能力2.樹突狀細胞（DC）在體外擴增DC細胞，將細胞因子或腫瘤抗原基因導入DC細胞，制備疫苗后回輸至患者體內。3.其它抗原特異性T細胞、自然殺傷細胞、巨噬細胞、淋巴因子激活的殺傷細胞及細胞因子誘導的殺傷細胞

。腫瘤學概論（第2版）三、受體細胞（二）腫瘤細胞將核酶、小干擾RNA或反義核酸導入腫瘤細胞，抑制癌基因的表達；將野生型正常基因作為治療基因導入腫瘤細胞，糾正抑癌基因的功能缺陷。將腫瘤抗原或相關抗原、MHC抗原、細胞因子受體等基因轉入腫瘤細胞，用射線照射，使其失去腫瘤性，制備腫瘤疫苗，激活機體的免疫殺傷作用。（三）干細胞種類：造血干細胞、神經干細胞和骨髓間充質干細胞（BMMSC）。BMMSC特點：來源充足、易制備、安全性好，極具應用前景。腫瘤學概論（第2版）四、基因治療常用技術（一）基因轉移技術概念：將目的基因轉移到人體的受體細胞內，從而使受體獲得對抗疾病能力的一種技術。需要借助于載體。分類：1.體外轉移將插入目的基因的載體在體外轉移入自體或異體來源的受體細胞中，再將這些經過修飾的受體細胞回輸入受體體內，讓外源基因在受體體內表達以激活腫瘤免疫反應或直接靶向腫瘤細胞。優點：安全，效果易控制缺點：技術復雜，可能發生遺傳性病變，或者回輸后不能長期生存2.體內轉移優點：安全性高，操作簡單、經濟、易推廣，完整保留抗原性，尤其適用于免疫基因治療缺點：難以接近靶組織，轉移效率低，注入的DNA整合不完全，療效時間短腫瘤學概論（第2版）（二）基因編輯技術CRISPR/Cas9系統——迄今為止最強大的基因編輯技術

特點1.在有引導RNA（gRNA）的存在下，能方便準確地切割DNA，對單個或多個基因進行添加、消除、關閉或啟動等基因編輯。

2.既可以在體外細胞進行，也可以將基因編輯工具遞送到體內進行原位基因組編輯，并且使基因表達更具生理相關性。

意義：劃時代的基因編輯技術，顯著降低了基因編輯的工作量及成本，將對基因治療起到不可估量的推動作用。

四、基因治療常用技術腫瘤學概論（第2版）（三）細胞工程技術CAR-T細胞免疫基因治療——最成功的細胞工程技術概念：CAR是指工程化的嵌合抗原受體（chimericantigenreceptor,CAR），由一個來自免疫球蛋白分子或T細胞受體的抗原結合結構域，和介導細胞內信號傳導域融合，能夠激活和增強T細胞的腫瘤抗原識別能力和特異性殺傷功能。方法：從患者體內分離T細胞，在體外將CARs傳送到T細胞中，產生抗原特異性T細胞，經由體外擴增后再次注入患者體內，以達到消滅癌細胞的效果。

四、基因治療常用技術腫瘤基因治療策略第六節腫瘤學概論（第2版）一、免疫基因治療（一）靶向免疫細胞的基因治療CAR-T治療：2017年美國批準用于治療難治性急性淋巴性白血病（ALL）和彌漫性大B細胞淋巴瘤（DLBCL），我國十幾項CAR-T臨床試驗正在接受CFDA審批；基于CRISPR技術的臨床試驗也已經起步。（二）基因疫苗DC疫苗：已獲F