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( N* z, e: b8 `1 |& i) r- J2018诺贝尔奖将医学奖授予了肿瘤免疫领域。在该领域中,陈列平教授做出了众多不可磨灭的贡献。2019年3月5日,著名期刊《自然·医学》刊登了耶鲁大学医学院陈列平团队的研究,发现了一个全新的、广泛存在于多种肿瘤中的免疫抑制分子Siglec-15。 + t. ]) x; O5 B- M3 p
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简易版
5 S+ c& B( D. ]9 z4 T J陈列平团队发现了一个全新的、广泛存在于多种肿瘤中的免疫抑制分子Siglec-15(以下简称S15),它的表达水平与PD-L1的表达是互斥的。( G" c2 w& D2 V& [) t+ D0 S
$ o5 Z @% Z) ~4 p9 ?研究人员使用高通量细胞表面分子筛选的方法,找到了能够调节T细胞活性的分子S15。通过体外细胞互作分析系统证实,S15在巨噬细胞上能够直接抑制T细胞活性。+ R4 x4 n$ J7 T9 H* I8 k1 b( B
0 X2 a4 q- N- @. y# M# _ z! _更进一步的体外实验发现,敲除S15的小鼠的肿瘤生长降低,且使用S15单抗治疗后,可以抑制小鼠肿瘤生长。
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以上结果提示S15是又一个在肿瘤微环境中参与免疫逃逸的分子,且有作为治疗靶标的潜力。
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S15与PD-1
$ ^6 L* K# i7 G0 j: c9 s D近年来,免疫疗法已经在癌症治疗上取得不小的成功,其中最有代表性的就是靶向PD-1/PD-L1通路的免疫检查点抑制剂。3 O/ g6 ?5 E& w" @; z: d
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尽管如此,PD-1/PD-L1抗体只对少于40%的实体瘤有作用,寻找能弥补PD-1/PD-L1抗体不足的新靶点迫在眉睫。
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然而,晚期人类癌症的肿瘤微环境(TME)中的免疫逃避机制是高度异质的。大量证据表明,除了PD-1/PD-L1通路之外,许多其他分子或细胞机制也能导致TME中免疫功能失调。
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! G8 {' `1 P* P+ x& a% I这些机制包括但不限于:免疫细胞浸润不足、调节性T细胞的积聚、肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)和髓系来源抑制细胞(MDSCs)的存在,以及抑制性分子、细胞因子、代谢物的上调。
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不过,有个问题是,上述的许多机制缺乏肿瘤微环境特异性,靶向这些途径可能会导致免疫系统的广泛激活,最终导致自身免疫疾病。& T% g4 V3 Z1 e
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那么,在TME中,是否有其他类似PD-1/PD-L1的分子也能调节免疫反应从而调控肿瘤的发展?
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) M# G% U3 m$ H" V陈列平教授团队发现的Siglec-15(S15),给免疫治疗带来了新思路。( M m! J. r5 b1 y' z9 c: x6 B
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S15并不简单,它的表达水平与PD-L1的表达是互斥的。简单来说,对绝大多数肿瘤而言,有PD-L1高表达就没有Siglec-15;有Siglec-15高表达就没有PD-L1。4 Y; n J* J: U2 ~5 r K
5 C* V+ I9 }( q& B2 I6 _1 @这就意味着,那些对PD-1/PD-L1抗体不响应的肿瘤,S15抗体可能就是新的希望。
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S15的发现之路
( e. w; N9 ^; S3 f# y筛选
, o; l7 Q3 n( J为了找到新的肿瘤免疫调控分子,研究者使用高通量功能筛选系统(TCAA),在体外实验中鉴定调节T细胞活性的细胞表面分子。这一系统包含6500多个人类基因,编码人类基因组中90%以上的跨膜蛋白。$ q# i1 q2 ~3 r" D" N* y
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- i; `0 F: M1 b+ RTCAA原理示意图/ @% T$ C9 X% k6 k( s- r* q" T
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系统搭建完成之后,研究人员首先用之前已经发现的T细胞激活或抑制蛋白,证实了这个系统的可靠性,然后开始大规模的筛选工作。. M+ a% C& L' Y
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在多轮TCAA筛选后,将候选分子在后续体内和体外实验中进行全面分析。TCAA筛选得的候选分子中,有若干个已经被报道的分子,如共刺激(B7-1, B7-2, CD200, CD70),凋亡(FASL, TRAIL, GZMB)或共抑制(KLRD1, BTN3A3等)。1 K; k. t7 m2 X" \. p
4 S8 A7 o) n/ ]. u在这些候选者中,S15脱颖而出,可以持续抑制T细胞的活性。
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蛋白序列分析显示,S15与B7-H基因家族(B7家族在肿瘤治疗、器官移植和自体免疫病的治疗方面有重要作用)有超过30%的同源性。S15与B7基因家族有着密切的关系,并可能与B7家族成员一样,具有免疫调节功能。
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TCAA筛选结果示意图; R: u* w3 w H/ K: k8 U
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抑制$ M* s* v! s. |9 K* P; D# v6 ~
Siglec-15在大多数正常人体组织和各种免疫细胞亚群中mRNA水平很低,但在巨噬细胞中有较高表达。研究者利用体外细胞互作分析系统证实,S15在巨噬细胞上能够直接抑制T细胞活性。
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' G) G3 L5 T6 j1 z. aSiglec-15在人类组织细胞的mRNA水平分布. e& d& L4 L; M5 S% j0 {
' \. [4 c. a6 ?为了进一步鉴定其功能,研究者构建了S15全身敲除小鼠 (S15KO),对S15KO小鼠长达18个月的观察显示,该类小鼠没有表现出明显的疾病表型,它们的体重、淋巴器官重量和血清抗核抗体都在正常范围内。这表明,S15对小鼠发育或免疫系统稳态并不重要。3 o5 q3 Y( q$ R/ k. A- ` `
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互斥
C1 G$ S3 m' x5 n$ ~同时,研究人员还利用TCGA数据库的数据,做了个Meta分析。结果显示,S15 mRNA在众多癌症中表达上调,包括肺癌、肾癌、肝癌、结肠癌、膀胱癌、子宫内膜癌等。. U. f$ |& w& d e& `
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在241个人非小细胞肺癌(NSCLC)样本中,通过免疫组化分析,研究人员发现S15可以在肿瘤相关的基质细胞或肿瘤细胞,以及肿瘤浸润的巨噬/髓系细胞上检测到。( k. G! y: v% x5 s! g1 j7 W/ h$ d7 S
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/ F8 t7 q2 H$ g7 ]; C/ I% V+ ySiglec-15与PD-L1的表达相关性分析
* R, w* p3 e: S2 r( K" B K2 m更有趣的是,研究人员发现PD-L1的表达与S15的表达之间没有相关性,只有7/218(3.2%)的患者呈双阳性。这表明,二者之间可能是互斥的关系,靶向S15的药物,有可能恰好是PD-1/PD-L1抗体的有力补充。
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通过分析,研究人员发现阻断S15之后,肿瘤中的CD8阳性T细胞和自然杀伤细胞显著增加,而Treg、CD4阳性的T细胞,以及自然杀伤T细胞和B细胞没有增加。还有一些免疫抑制细胞有所减少。而且,CD8阳性T细胞的IFN-γ等细胞因子的产生能力也显著提升。* i3 @+ E, G R% ]- K3 V
2 i) i( r$ m( A# S0 T如果用特异性抗体去除CD8阳性T细胞的话,那么阻断S15对肿瘤的生长就不会有任何影响了。, q" j# _5 X- |8 p: U$ M& }
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以上数据证明,阻断S15可以让肿瘤微环境的免疫正常化,且不会引起严重的自身免疫反应。9 U+ ^0 U9 v& D* v% R1 J t
# e, ^# [7 ~7 L% o- G9 b* F% T) |抑癌
2 X4 s7 e) n. L1 x- v% b为了进一步探究S15在肿瘤治疗中的潜力,使用杂交瘤技术制备了S15特异性单克隆抗体 (α-S15)。
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* ~4 ^. b: ^% f由于S15在人类癌症中有独特调节机制和表达分布,它在免疫调节中与B7-H1/PD-1途径无关。无论是否存在PD-1阻断抗体( Nivolumab ),α-S15都能有效促进人外周血T细胞产生细胞因子。
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同时,α-S15和抗PD-1单克隆抗体作为单药使用时,能适度抑制肿瘤生长,但两种单克隆抗体的合并治疗能有更佳的疗效,在一些小鼠中肿瘤出现完全消退。, N' N" G( g6 {: J" l$ G
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. v+ ?2 S z- O+ Mα-S15和抗PD-1单克隆抗体对肿瘤生长的影响4 `5 P k6 a: _0 ~
5 _% ^: A; [, Z# b总结
' k$ V4 Q) {9 M3 X- F/ W3 {Siglec-15(S15)是一个具有吸引力的肿瘤免疫治疗靶点:5 |0 P) V0 X# T6 N7 W8 e$ X" @
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第一,S15在正常组织中的表达有限,S15缺陷对小鼠的正常生理影响极小,表明S15不是正常器官和组织生存和生长的必要分子,这可能是S15阻断疗法安全性基础。
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第二,S15在TAMs和肿瘤细胞中上调,但在正常组织中不上调,表明Siglec-15的作用局限于TME,这为选择性靶向抗体治疗提供了条件。
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/ B( f% F4 N0 h3 h第三,使用S15缺陷小鼠进行的肿瘤模型研究表明,S15对肿瘤部位的T细胞反应具有强大的免疫抑制作用,
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, H4 v, {9 t, W1 k. ^( y第四,S15特异性单克隆抗体能够逆转T细胞抑制并在多种肿瘤模型中抑制肿瘤生长。
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4 A! K) {" D$ y% G1 K5 X) \- @S15这种免疫抑制分子的发现,对目前无法使用抗PD-1治疗的癌症患者而言,多了一种希望。( Y0 V$ ?) ^, }* |% h; ]) f6 p
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对于肿瘤免疫治疗领域,陈列平教授曾在一次外媒采访中如此评价,“在接下来的5年里,我期待着出现与PD-1/PD-L1疗法相当或更好的发现。这已经初露端倪。”- O% D1 V% p# b; s. ]! X
3 O+ V# e% H' r$ C: t: ]8 k值得一提的是,在2018世界生命科学大会上,陈列平教授宣布针对S15的临床实验已经开展,将在包括非小细胞肺癌、卵巢癌在内的多种实体瘤中进行Ⅰ/Ⅱ期临床研究,我们期待捷报的到来。
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