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2018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。
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简易版) L0 C; A5 t$ {, S- t
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。! @6 b- @+ x2 i" y8 H, s$ }
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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。* b. O# H1 c5 E' u, Z1 J
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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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, V* I2 i" w: E( _5 F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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+ O0 p; s8 d" B% wS15与PD-1, a3 M# ^1 t, j6 J' `0 k) Y) E
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。* b: z) Q( Y$ c/ o) [( d
( O* _# v" ?# }' G3 W1 Y4 O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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! M& Q! O: {1 J; x& N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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% G1 |# _/ V8 h8 z0 W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。
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! s, k# L) ]5 a) ^+ w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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陈列平教授团队发现的Siglec-15(S15),给免疫治疗带来了新思路。
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; k) s) i. }$ H) NS15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。
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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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筛选. u' o: x& L6 _0 t" `- m; z
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。
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" `. V \3 q3 x' l$ _8 S" E! N% nTCAA原理示意图
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. c @3 n: C. i6 P$ c6 i4 I* M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。- Q1 s5 v* W, y! i2 S
3 t( ~- B5 n$ D" e" Z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)。
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# Z0 J) C/ O; T& [在这些候选者中,S15脱颖而出,可以持续抑制T细胞的活性。" O% }4 B: i6 K- M0 S4 _
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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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[0 T* U) n. ~3 s# g& ?TCAA筛选结果示意图
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3 V& B, m* U2 g1 r3 B! C抑制
* ^/ R! s$ \; {+ ]) I: U% eSiglec-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。* k* L9 t+ e) J. h* k, e# z
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Siglec-15在人类组织细胞的mRNA水平分布
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# B% x: B6 ~# C/ ?! m2 b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 S3 t8 T, ~6 B2 I* m
& ~" s+ r2 H, g4 E3 G6 V9 g/ z互斥
3 M# r7 J4 P8 D% o$ M* ]" Q0 ?+ Q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。* X0 n+ X; g; I1 z6 r$ j1 q5 B
9 O3 W. R5 Z4 q; J3 w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。
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$ R. y( y3 @0 i: n; CSiglec-15与PD-L1的表达相关性分析
0 {9 ?4 I% N4 o5 ?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。: q$ o. U1 Y: {& P/ [ d* a, G; L! g
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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。
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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。
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: r6 ~. ?! Y! q- n* x$ c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。, y) j2 C G9 c& ?' O9 b# U2 y
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抑癌
% J( c+ m: g* t _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)。( J' Z( ?3 y9 W
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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。+ t u* s0 Y) k. \# {
, J1 \! F7 ~$ b- d% h0 q6 m) Z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。4 s1 A: Q1 ~1 E
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α-S15和抗PD-1单克隆抗体对肿瘤生长的影响! f% e8 u; Y, m# O- v) ~
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总结
9 [8 D8 f7 u* b% YSiglec-15(S15)是一个具有吸引力的肿瘤免疫治疗靶点:# l, ~0 j# X% C" v1 v( v
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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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1 e8 D8 H7 ~% m, x M- K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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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,5 e& R4 Z; C: t& D( @
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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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2 a7 s, c* g8 y$ \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。
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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。”( _8 _% X6 F7 B. \, ^. _6 Y
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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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