巴俊慧, 吳本權(quán), △, 王艷紅, 劉 慧, 楊 洋, 石云鋒, 羅進(jìn)梅, 張?zhí)焱?/p>
(中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院 1呼吸內(nèi)科, 2內(nèi)科ICU,廣東 廣州 510630)
肺癌是目前最常見同時(shí)也是死亡率最高的惡性腫瘤[1],其中約86%為非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)[2]。盡管在腫瘤的全身化療及靶向治療方面取得很大進(jìn)展,但由于肺癌尤其是NSCLC的預(yù)后極差,約半數(shù)病人會(huì)復(fù)發(fā),且對(duì)化療的有效率小于25%,因此迫切需要探索新的治療手段[3]。免疫治療作為一種新型腫瘤治療模式日益受到人們的重視[4]。樹突狀細(xì)胞(dendritic cells, DCs)是目前已知的人體內(nèi)最有效的抗原提呈細(xì)胞,可以活化靜息性T淋巴細(xì)胞使其成為抗原特異性細(xì)胞毒性T細(xì)胞(cytotoxic T-lymphocytes,CTLs),在激發(fā)抗腫瘤免疫中處于中心環(huán)節(jié)的地位。近年來(lái),以DCs為基礎(chǔ)的免疫治療方法已成為研究的重要方向[5]。本研究采用構(gòu)建pcDNA3.1(+)-黏蛋白1(mucin 1,MUC1)質(zhì)粒,經(jīng)體外轉(zhuǎn)錄為MUC1 mRNA,通過電穿孔法轉(zhuǎn)染DCs,觀察轉(zhuǎn)染后的DCs對(duì)NSCLC的特異性抗腫瘤效應(yīng)。
人肺腺癌A549細(xì)胞株來(lái)自中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室,人白血病K562細(xì)胞株由中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院血液病實(shí)驗(yàn)室惠贈(zèng)。健康人新鮮外周血濃縮白細(xì)胞由廣州市血液中心提供。
RPMI-1640培養(yǎng)基(Gbico);胎牛血清(Excell);人淋巴細(xì)胞分離液(天津?yàn)笊镏破饭?;CD14+磁珠分選抗體(德國(guó)美天旎公司);細(xì)胞因子rh-IL-4、rhGM-CSF和TNF-α(Peprotech);單克隆抗體CD11c、HLA-DR、CD80、CD83和CD86(eBioscience);RNAiso plus、real-time試劑盒、BamH I/XhoI限制性內(nèi)切酶、逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、PCR Primestar酶(TaKaRa)和人IFN-γ ELISA試劑盒(北京達(dá)科為公司);LDH試劑盒(南京建成生物工程研究所);體外轉(zhuǎn)錄試劑盒(Thermo Scientific)。
2.1DCs的體外培養(yǎng) 將新鮮采集的健康人外周血濃縮白細(xì)胞用淋巴細(xì)胞分離液密度梯度離心法分離提取獲得外周血單個(gè)核細(xì)胞,繼而用CD14+抗體磁珠分選CD14+單個(gè)核細(xì)胞,加入含10%胎牛血清、IL-4(15 μg/L)及GM-CSF(20 μg/L)的RPMI-1640培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng),隔天補(bǔ)足細(xì)胞因子并觀察細(xì)胞形態(tài)。培養(yǎng)至第5 d時(shí),在培養(yǎng)基中加入TNF-α(15 μg/L),繼續(xù)培養(yǎng)24 h,誘導(dǎo)成為成熟的樹突狀細(xì)胞(mature dendritic cells,mDCs)。流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞表型HLA-DR、CD80、CD83和CD86,同時(shí)檢測(cè)未加TNF-α刺激的DCs。收集磁珠陰選細(xì)胞作為同種同體T細(xì)胞來(lái)源凍存?zhèn)溆谩?/p>
2.2MUC1基因的克隆及體外轉(zhuǎn)錄 根據(jù)GenBank內(nèi)MUC1基因的核苷酸序列,結(jié)合pcDNA3.1(+)載體酶切位點(diǎn),體外構(gòu)建MUC1-pcDNA3.1(+)質(zhì)粒,其上下游酶切位點(diǎn)分別為BamH I和XhoI。Xhol限制性內(nèi)切酶將其線性化,以之為模板進(jìn)行體外轉(zhuǎn)錄為MUC1 mRNA,純化定量。
2.3電穿孔法轉(zhuǎn)染樹突細(xì)胞 取成熟的DCs分為2組,一組用無(wú)血清RPMI-1640重懸至密度5×109/L,取0.4 mL加入4 mm電轉(zhuǎn)杯,然后加入10 μg MUC1 mRNA,在250 V、500 μs的條件下轉(zhuǎn)染,電擊后將電轉(zhuǎn)杯置于4 ℃、10 min后重懸于含10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基,37 ℃、5% CO2條件下繼續(xù)培養(yǎng)24 h。另一組未進(jìn)行電轉(zhuǎn)染的DCs作為未轉(zhuǎn)染組DCs進(jìn)行對(duì)照。
2.4定量PCR檢測(cè)轉(zhuǎn)染后DCs內(nèi)MUC1 mRNA的表達(dá) 分別收集未轉(zhuǎn)染組DCs和轉(zhuǎn)染后12 h、24 h、48 h、72 h的DCs。用Trizol提取各組DCs的總RNA,逆轉(zhuǎn)錄為cDNA,以之為模板采用熒光定量PCR檢測(cè)MUC1 mRNA表達(dá)。
2.5T細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn) 將上述2組DCs作為刺激細(xì)胞,分別以1×108/L、5×107/L 、2.5×107/L及1×107/L的密度種于96孔板,每個(gè)密度設(shè)6個(gè)復(fù)孔。復(fù)蘇同種同體淋巴細(xì)胞作為效應(yīng)細(xì)胞,調(diào)整細(xì)胞密度至5×108/L,加入各孔,為實(shí)驗(yàn)組。另設(shè)只加入刺激細(xì)胞孔和只加入效應(yīng)細(xì)胞孔。培養(yǎng)5 d后,每孔加MTT溶液,孵育4 h后用酶標(biāo)儀于490 nm處測(cè)A值。T細(xì)胞增殖率(%)=[實(shí)驗(yàn)組A-(效應(yīng)細(xì)胞A+刺激細(xì)胞A)]/效應(yīng)細(xì)胞A×100%。
2.6CD8+T細(xì)胞的水平 取轉(zhuǎn)染組DCs,調(diào)細(xì)胞密度為5×108/L,同種同體淋巴細(xì)胞調(diào)密度為5×109/L,各取400 μL于24孔板共培養(yǎng),并于第1天、3天、5天加入IL-2 2×105U/L,未轉(zhuǎn)染組DCs按照上述方法與淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)及單獨(dú)培養(yǎng)的T細(xì)胞作為對(duì)照組, 第7天取細(xì)胞進(jìn)行流式細(xì)胞術(shù)分析CD8+T細(xì)胞的水平。
2.7細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn) 按2.6中方法共培養(yǎng)細(xì)胞,在第7天再次加入轉(zhuǎn)染組DCs。如此反復(fù)刺激3次后,以誘導(dǎo)的CTLs作為實(shí)驗(yàn)組效應(yīng)細(xì)胞,未轉(zhuǎn)染組DCs按照上述方法與淋巴細(xì)胞同培養(yǎng)后作為對(duì)照組效應(yīng)細(xì)胞。將處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的A549作為靶細(xì)胞,將K562細(xì)胞和轉(zhuǎn)染MUC1 mRNA的DCs作為對(duì)照組靶細(xì)胞。效應(yīng)細(xì)胞和靶細(xì)胞按照40∶1加入96孔板,每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔,孵育5 h。同時(shí)設(shè)只加入靶細(xì)胞的自然釋放孔和只加入靶細(xì)胞后再加入Triton X-100裂解細(xì)胞的最大釋放孔。按照LDH試劑盒操作說(shuō)明測(cè)定A值。殺傷率(%)=[(實(shí)驗(yàn)孔A-自然釋放孔A)/(最大釋放孔A-自然釋放孔A)]×100%。
2.8ELISA法檢測(cè)IFN-γ的含量 收集2.7中經(jīng)過反復(fù)刺激后實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組細(xì)胞培養(yǎng)上清進(jìn)行適當(dāng)稀釋后,按照IFN-γ ELISA試劑盒操作說(shuō)明分別檢測(cè)上清中IFN-γ水平,每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔。
采用SPSS 17.0軟件處理,數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,兩組間數(shù)據(jù)比較采用t檢驗(yàn),多組間采用方差分析,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
CD14+磁珠抗體分選純化后的CD14+單個(gè)核細(xì)胞加入細(xì)胞因子IL-4和GM-CSF置于5% CO2、37 ℃溫箱5 d后,鏡下觀察可見未成熟樹突細(xì)胞呈懸浮狀,少量突起并可見細(xì)胞集落,見圖1。第5天再加入TNF-α刺激成熟,第7天鏡下觀察發(fā)現(xiàn)細(xì)胞有典型樹突狀突起,形狀不規(guī)則,見圖1。未成熟DCs表面成熟標(biāo)記CD80、CD83和CD86的表達(dá)低,而成熟DCs表面CD80、CD83和CD86表達(dá)明顯增高,2組DCs的HLA-DR表達(dá)無(wú)顯著差異,見圖2。
Figure 1. Immature DCs and mature DCs under microscope (×400).A: immature DCs; B: mature DCs.
Figure 2. The typical phenotypes of immature DCs and mature DCs.
轉(zhuǎn)染后的DCs MUC1 mRNA的表達(dá)明顯增高,且具有時(shí)間依賴性。轉(zhuǎn)染后12 h相對(duì)未轉(zhuǎn)染組的表達(dá)量為(12.56±3.55)倍,24 h的相對(duì)表達(dá)量為(22.03±2.96)倍,48 h的相對(duì)表達(dá)量為(13.56±3.33)倍,72 h的表達(dá)量為(5.61±1.91)倍。結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)染后MUC1 mRNA的相對(duì)表達(dá)量具有時(shí)間依賴性,且在24 h達(dá)到峰值,隨后2 d,表達(dá)逐漸下降(P<0.05),見圖3。
MTT法檢測(cè)增殖結(jié)果表明,在DCs與T細(xì)胞的比例達(dá)到1∶10時(shí),轉(zhuǎn)染組與未轉(zhuǎn)染組刺激增殖能力均達(dá)到最高,轉(zhuǎn)染組DCs的刺激能力[(82.13±12.60)%]明顯高于未轉(zhuǎn)染組[(50.71±11.73)%](P<0.05)。當(dāng)DCs與T細(xì)胞比例為1∶20時(shí),轉(zhuǎn)染組的刺激能力[(65.77±6.26)%]也明顯高于未轉(zhuǎn)染組[(43.21±11.94)%](P<0.05)。而當(dāng)DCs與T細(xì)胞比例為1∶5和1∶50時(shí),2組DCs都可以刺激增殖,但是無(wú)顯著差異(P>0.05),見圖4。
Figure 3. The mRNA expression of MUC1 in the DCs with or without MUC1 mRNA transfection.Mean±SD.n=6.*P<0.05 vs 0 h.
流式細(xì)胞術(shù)鑒定3組T細(xì)胞CD8+的表達(dá)率,轉(zhuǎn)染組誘導(dǎo)的T細(xì)胞CD8+陽(yáng)性比例為(39.79±5.45)%,未轉(zhuǎn)染組為(27.36±3.13)%,單獨(dú)T淋巴細(xì)胞組為(22.76±4.59)%。轉(zhuǎn)染組誘導(dǎo)水平與其它2組誘導(dǎo)水平比較P<0.05,見圖5。
Figure 4. The stimulatory capacity of DCs with or without MUC1 mRNA transfection on T cell proliferation.Mean±SD. n=6.*P<0.05 vs control group.
Figure 5. The CD8+ phenotypes of T lymphocytes stimulated with different DCs.A: T cells+transfected DCs; B: T cells+untransfected DCs; C: T cells alone.
ELISA法檢測(cè)兩組DCs與T細(xì)胞共培養(yǎng)后的IFN-γ分泌水平,轉(zhuǎn)染組[(126.73±10.47)ng/L]高于未轉(zhuǎn)染組[(72.20±6.83)ng/L](P<0.05),見圖6。
Figure 6. IFN-γ levels in the culture supernatants of T-lymphocytes stimulated with different DCs.Mean±SD. n=6.*P<0.05 vs control group.
轉(zhuǎn)染組DCs誘導(dǎo)的T細(xì)胞在任何效靶比時(shí)都對(duì)表達(dá)MUC1蛋白的靶細(xì)胞有殺傷作用,對(duì)于不表達(dá)MUC1蛋白的K562細(xì)胞殺傷作用明顯弱于A549細(xì)胞。未轉(zhuǎn)染組DCs誘導(dǎo)的T細(xì)胞和空白對(duì)照組T細(xì)胞對(duì)A549細(xì)胞都有一定殺傷作用,但是均弱于轉(zhuǎn)染組,見表1。
表1 效應(yīng)T細(xì)胞的殺傷作用比較
隨著對(duì)腫瘤生物學(xué)發(fā)生發(fā)展機(jī)制的深入研究,腫瘤的免疫治療成為手術(shù)、化療和放療三大常規(guī)治療外的第4種方法。腫瘤的免疫治療主要分為兩類:一種是將患者自體抗原特異性T細(xì)胞在體外擴(kuò)增后回輸患者體內(nèi);另一種是通過疫苗的方式,即提供一種抗原與佐劑一起引發(fā)的治療性T細(xì)胞,能誘導(dǎo)免疫記憶,以控制腫瘤復(fù)發(fā)。DCs作為一種“天然佐劑”因而成為最適合的抗原輸送者[5]。但是腫瘤患者體內(nèi)分離的DCs在功能上是有缺陷的,不能對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行有效地識(shí)別。大量研究表明,DCs能同時(shí)控制免疫激活和免疫耐受,所以成為免疫系統(tǒng)的中心[6]。通過將負(fù)載在DCs上的腫瘤信息傳遞給T細(xì)胞,打破其對(duì)于腫瘤的免疫耐受是制備以DCs為基礎(chǔ)的腫瘤疫苗的理論基礎(chǔ)[7]。而DCs的活性和功能是DCs疫苗發(fā)揮功能的關(guān)鍵[8]。
隨著體外誘導(dǎo)DCs的技術(shù)不斷成熟從而可以獲取大量的DCs,那么如何選擇有效的抗原及負(fù)載方式成為關(guān)鍵問題。Dukes大學(xué)的研究人員首先應(yīng)用腫瘤細(xì)胞RNA轉(zhuǎn)染DCs。RNA轉(zhuǎn)染只需進(jìn)入胞漿,轉(zhuǎn)染效率高,沒有整合入宿主染色體的風(fēng)險(xiǎn),省略了復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄機(jī)制[9]。近年來(lái)不斷有研究表明,編碼腫瘤相關(guān)抗原或者腫瘤特異性抗原或者包含全部腫瘤信息的mRNA轉(zhuǎn)染DCs,可以誘導(dǎo)抗原特異性或針對(duì)多個(gè)抗原表位的T細(xì)胞免疫效應(yīng)反應(yīng)[4, 9-11]。
正常情況下,MUC1是一種高度糖基化的跨膜分子,表達(dá)于乳腺、卵巢、呼吸道和胃腸道等腺上皮分泌細(xì)胞的頂端表面。在惡性腫瘤細(xì)胞中,MUC1異常豐富地表達(dá)于整個(gè)上皮細(xì)胞表面,極性分布消失、新的糖鏈表位形成和正常被隱蔽的表位暴露,使其具有很高的免疫原性,可以被免疫系統(tǒng)識(shí)別[12-13]。在肺癌患者尤其是非小細(xì)胞肺癌(大約80%~100%)患者外周血中MUC1的表達(dá)高于其它腫瘤標(biāo)記物,即使是一些隱蔽的肺癌細(xì)胞也可被檢測(cè)到[14]。MUC1的這些特性使其成為一種具有前景的肺癌免疫治療靶分子。因而,本實(shí)驗(yàn)提出一種主要針對(duì)非小細(xì)胞肺癌的以MUC1為靶點(diǎn)的DCs RNA疫苗的基礎(chǔ)研究,以期更有效地發(fā)揮其免疫激活和對(duì)肺癌細(xì)胞的殺傷作用。
由于人體外周血中DCs數(shù)量很少,只有不到有核細(xì)胞的0.1%。本實(shí)驗(yàn)采用外周血濃縮白細(xì)胞分離純化的CD14+單個(gè)核細(xì)胞,在IL-4和GM-CSF的聯(lián)合作用下可誘導(dǎo)成未成熟的DCs。CD80和CD86是T細(xì)胞表面CD28分子和細(xì)胞毒性T細(xì)胞相關(guān)抗原-4(CTLA-4)的配體,具有協(xié)同刺激分子的作用[15],而CD83是樹突狀細(xì)胞的特異性標(biāo)志,參與抗原呈遞和淋巴細(xì)胞活化[16]。未成熟DCs表面低表達(dá)CD80、CD83和CD86。TNF-α不僅可以促進(jìn)細(xì)胞增殖,阻止細(xì)胞向粒系分化,還能促進(jìn)DCs成熟。流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果表明在加入TNF-α后,DCs表面CD80、CD83和CD86明顯升高。大量的研究已證實(shí)電轉(zhuǎn)染是一種安全、有效的轉(zhuǎn)染方法。本研究中將MUC1 mRNA電轉(zhuǎn)染DCs后,通過實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)MUC1 mRNA水平上的表達(dá)量,結(jié)果表明MUC1的表達(dá)隨時(shí)間而變化。在轉(zhuǎn)染后24 h出現(xiàn)表達(dá)的峰值,而在48 h和72 h后,可能由于RNA的降解,MUC1的表達(dá)出現(xiàn)較明顯的降低。實(shí)驗(yàn)中可通過分析轉(zhuǎn)染后的DCs刺激T細(xì)胞的增殖能力,被誘導(dǎo)的T細(xì)胞表面的CD8+表達(dá)評(píng)價(jià)其向CTL方向分化的水平,CTL分泌的IFN-γ和對(duì)表達(dá)目的蛋白的細(xì)胞的殺傷作用等方面來(lái)判斷抗腫瘤效應(yīng)[17]。mDCs在接受微生物或者抗原刺激活化后刺激T細(xì)胞增殖,促進(jìn)Th0細(xì)胞向Th1方向分化,分泌IL-2、IFN-γ、TNF-β等介導(dǎo)細(xì)胞免疫,同時(shí)IFN-γ抑制Th0向主要介導(dǎo)體液免疫的Th2方向分化。而naive CD8+T細(xì)胞必須在Th1的輔助下識(shí)別被提呈的抗原,不斷增殖分化為CTLs,發(fā)揮細(xì)胞毒作用[18]。DCs以抗原肽——MHC復(fù)合物的形式將抗原信息提呈給T細(xì)胞,在一些黏附分子、共刺激分子等第2信號(hào)的共同作用下,T細(xì)胞克隆增殖。所以T細(xì)胞的增殖能力是評(píng)價(jià)DCs抗原呈遞功能的指標(biāo),觀察抗原特異性反應(yīng)的強(qiáng)弱。研究結(jié)果表明,轉(zhuǎn)染組和未轉(zhuǎn)染組DCs均可使T細(xì)胞增殖。國(guó)外有研究認(rèn)為在DCs與T細(xì)胞的比例在1∶20時(shí),刺激增殖的能力最強(qiáng)[19]。本研究中DCs與T細(xì)胞比例達(dá)到1∶10時(shí),2組的刺激增殖能力均達(dá)到最高,表明實(shí)際上DCs與T細(xì)胞的相互作用可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行[19]。而當(dāng)DCs與T細(xì)胞比例為1∶5時(shí),刺激增殖能力卻不是最高,甚至低于比例為1∶20時(shí),分析可能存在T細(xì)胞過度激活而引起的細(xì)胞凋亡[20]。CTLs是主要的殺傷腫瘤的免疫效應(yīng)細(xì)胞,活化的DCs及Th1細(xì)胞能夠分泌IFN-γ、TNF-α等細(xì)胞因子,激活調(diào)節(jié)CTLs的功能,打破實(shí)體瘤患者機(jī)體免疫抑制狀態(tài)。本研究中采用流式細(xì)胞術(shù)來(lái)鑒定naive CD8+T細(xì)胞向CTLs細(xì)胞分化水平,細(xì)胞因子水平分析IFN-γ的分泌,細(xì)胞毒實(shí)驗(yàn)來(lái)鑒定CTLs的特異性殺傷作用。雖然FACS結(jié)果顯示轉(zhuǎn)染組DCs誘導(dǎo)T細(xì)胞表達(dá)的CD8+水平未特別明顯高于其它兩組對(duì)照,但是轉(zhuǎn)染組刺激增殖的T細(xì)胞數(shù)量是明顯增多的。所以就 CD8+T細(xì)胞總數(shù)而言,轉(zhuǎn)染組是明顯多于未轉(zhuǎn)染組。本實(shí)驗(yàn)中,誘導(dǎo)的MUC1特異性CTLs 對(duì)白血病細(xì)胞K562的殺傷作用很弱,但是可識(shí)別并裂解表達(dá)MUC1的肺腺癌細(xì)胞A549和轉(zhuǎn)染了MUC1 mRNA的DCs。說(shuō)明轉(zhuǎn)染MUC1 mRNA的DCs不僅引發(fā)了特異性的CTLs,而且可以作為監(jiān)測(cè)癌癥患者體內(nèi)MUC1特異性CTLs存在的一般方法。而CTLs對(duì)于A549細(xì)胞的殺傷作用強(qiáng)于轉(zhuǎn)染的DCs??紤]可能是肺癌細(xì)胞能更有效地刺激特異性CTLs的克隆增殖。與未轉(zhuǎn)染的DCs共培養(yǎng)的T細(xì)胞和單獨(dú)培養(yǎng)的T細(xì)胞對(duì)于A549細(xì)胞的殺傷作用都不明顯。體外實(shí)驗(yàn)中,由于效應(yīng)T細(xì)胞與靶細(xì)胞的作用比例較高,可以產(chǎn)生明顯的殺傷作用,而在機(jī)體內(nèi)由于效/靶比例可能較低,則CTL的殺傷作用也隨之減弱。但也同時(shí)提示可以通過提高腫瘤局部環(huán)境效應(yīng)T細(xì)胞的數(shù)量來(lái)達(dá)到特異性殺傷腫瘤細(xì)胞的目的。實(shí)驗(yàn)中也證實(shí)共培養(yǎng)的MUC1 mRNA轉(zhuǎn)染的DCs和T細(xì)胞明顯提高CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的IFN-γ的分泌水平,這些分泌的IFN-γ也能促進(jìn)細(xì)胞殺傷作用。
本實(shí)驗(yàn)首次將體外轉(zhuǎn)錄的肺腺癌相關(guān)抗原MUC1 mRNA通過電轉(zhuǎn)染DCs與同種同體T淋巴細(xì)胞共培養(yǎng),證實(shí)這種共培養(yǎng)的免疫效應(yīng)細(xì)胞能增強(qiáng)抗腫瘤免疫,為臨床的非小細(xì)胞肺癌的免疫治療提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。同時(shí)腫瘤負(fù)載DCs的治療模式也為其它腫瘤的生物治療提供了參考價(jià)值,建立一種個(gè)體化的以DCs為基礎(chǔ)的腫瘤治療模式。
[參 考 文 獻(xiàn)]
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