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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。 5 r/ m! T5 k9 M9 z
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简易版1 t5 V, t# p5 n1 {4 ?4 n) {
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。
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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。
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% \# ~! C) h0 b, ^9 U/ R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! n8 M! o% d4 B" F3 T# H) h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。+ ^0 A# M$ U, x7 @
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S15与PD-1) n- N7 M6 I; E) E% G/ W$ g+ N
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。! M& |6 C. k2 o; `
6 ~+ A2 h" X& E! k, A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。* Z2 |. P0 R; Z" t
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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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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。- @/ t- {- _+ E8 ?/ r
2 }6 _" G3 J% o* g" e4 o$ \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。8 j. B1 c' O' V) j+ \6 o& T
; k% h7 D1 |' R% }5 p4 @" c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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& x, ?; R5 C1 k& y9 }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。
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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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3 O* S: X; }* Y2 k3 _S15的发现之路3 J* ?) F0 D) @1 X) Z
筛选0 {1 x& c% k& C" V$ o/ s3 z* h% K4 C
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。, F. v O% ^$ q
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* o( @* D6 H3 s* D& p. @TCAA原理示意图
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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。
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5 b, H/ O) d5 k! _! n! ?( T+ u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)。5 s% z5 \3 o% }( c9 W+ t8 r, i
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在这些候选者中,S15脱颖而出,可以持续抑制T细胞的活性。- D* u* p4 \6 K
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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。8 ^" }9 I4 {, g$ y( j4 g" x
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TCAA筛选结果示意图
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1 a$ G& p2 a3 N抑制; H5 B b7 t( O4 v4 d% W5 z
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。* O8 P# c9 H) {8 J( z
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Siglec-15在人类组织细胞的mRNA水平分布5 E: [ E/ C( W5 M' r6 V
; I" l+ \/ U5 F0 b1 A% t& ^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。5 T# p9 d+ O, m; q! L
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互斥
$ b) p7 J; X5 C/ E; w+ ~2 f3 _, C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。; Y" c6 ^7 v5 h, M
6 z6 t5 l# ]7 x: p$ U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。3 V, v2 q* C3 a, j5 ~) a+ Z8 e
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Siglec-15与PD-L1的表达相关性分析
, U' A6 F9 Y& d1 R* x1 x2 o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。
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* s/ A3 z7 d/ L6 n; x! b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。5 O# t+ }0 f* j: ~' f2 E
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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。
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0 F+ \6 Y0 J P0 h! g) E' ^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)。. u" K7 X& }( f* n
|% {0 E# L# W5 M+ L4 ^4 S4 O0 d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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: a1 ^1 c) C: G+ ?; w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。; U* X# O l) n! m* n% `; P* G5 m
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0 p8 U" i. O* p& p* J/ |3 Z4 Kα-S15和抗PD-1单克隆抗体对肿瘤生长的影响/ z+ C7 I" R5 D7 ]
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总结
6 ^( X. b% e4 l( H! ASiglec-15(S15)是一个具有吸引力的肿瘤免疫治疗靶点:
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/ R' d+ b3 h( W( U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。& A4 G1 d4 |6 u- N' |0 R
+ z' ^) b" }' {% \! @* E& A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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9 N/ \7 [& I1 m0 P2 V& @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,0 u: O& A `: W( C+ t# C
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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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" |" r* u' }* s2 wS15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。”2 x+ h$ X1 U) R1 V
9 o/ y# {: U. V: y' c; R. a8 C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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