《自然》子刊:无中生有,化钝为敏!MD安德森癌症中心找到能增强实体瘤免疫治疗效果的新方法

  • 2022-12-19 18:00:19 健康一线
  • 陈更
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肿瘤细胞能够通过表达免疫检查点的配体等机制,逃避免疫系统的识别和攻击。除了PD-1/PD-L1外,肿瘤细胞还高表达CD47,通过与巨噬细胞表面的SIRPα结合,释放抑制巨噬细胞吞噬的“别吃我”信号,从而逃避被巨噬细胞吞噬[1]。

以抗PD-1/PD-L1和抗CD47为代表的免疫检查点抑制疗法,在多种肿瘤中显示出令人鼓舞的效果。然而,相比于血液肿瘤,实体肿瘤对免疫治疗的反应差强人意,原因之一是实体肿瘤细胞相对缺乏能促进免疫功能的膜蛋白[2]。

SLAMF7是一种只表达于血液和免疫系统的自身受体配体,血液肿瘤细胞表面的SLAMF7结合巨噬细胞等免疫细胞表面的SLAMF7,释放“吃我”信号,促进巨噬细胞对肿瘤的吞噬和抗原呈递[3]。由于实体肿瘤细胞不表达SLAMF7,巨噬细胞等抗原呈递细胞对它们的吞噬和处理能力不够强大,制约了后续T细胞对实体肿瘤的杀伤。

因此,对实体肿瘤细胞进行人工修饰,使其“无中生有地表达”SLAMF7,以增强实体细胞的肿瘤免疫原性,促进实体肿瘤对免疫细胞敏感,成为了一种富有潜力的免疫转化策略。

为此,德州大学MD安德森癌症中心的Wen Jiang联合Betty Y. S. Kim,基于纳米佐剂技术,开发了一种实体肿瘤通用的纳米生物偶联物平台——双特异性肿瘤转化纳米颗粒(BiTNs)。它在实体肿瘤细胞的表面添加SLAMF7,从而促进巨噬细胞吞噬实体肿瘤细胞,并激活吞噬细胞的cGAS–STING通路,使实体肿瘤对免疫检查点抑制治疗敏感。相关结果近日发表于国际顶级期刊Nature Nanotechnology上[4]。

《自然》子刊:无中生有,化钝为敏!MD安德森癌症中心找到能增强实体瘤免疫治疗效果的新方法论文首页截图

BiTNs设计精巧,在纳米颗粒载体上同时偶联SLAMF7蛋白和靶向实体肿瘤细胞的抗体,通过抗体牢固地结合实体肿瘤细胞,进而间接地把SLAMF7蛋白固定在细胞表面,激活巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬作用。

研究人员首先在HER2阳性的乳腺癌细胞上对BiTNs的免疫转化能力进行了检测。此时,BiTNs因偶联的抗体是HER2抗体,称为BiTNHER。

巨噬细胞在体外和乳腺癌细胞共培养,添加BiTNHER后,吞噬HER2阳性乳腺癌细胞的能力提高,对HER2阴性乳腺癌细胞的吞噬作用无变化,显示BiTNHER的高靶向性。而在添加SLAMF7抗体或者敲低巨噬细胞的SLAMF7后,巨噬细胞对HER2阳性乳腺癌细胞的吞噬减弱,提示BiTNHER把乳腺癌细胞从HER2阳性转化为SLAMF7阳性,启动巨噬细胞的吞噬。

由于抗体能通过自身的Fc片段结合巨噬细胞的Fc受体,诱导抗体依赖性细胞吞噬作用[5]。为排除HER2抗体Fc片段在BiTNHER促进巨噬细胞吞噬效应中的作用,研究人员敲除了HER2抗体Fc片段,发现巨噬细胞的吞噬能力虽然略有降低,但仍对HER2阳性乳腺癌细胞显示出强大和特异的吞噬作用,证明BiTNs的促吞噬作用主要是通过SLAMF7-SLAMF7通路来介导的。

BiTNHER本身即可诱导巨噬细胞中等强度的吞噬作用,但和CD47抗体联用时,不仅能使巨噬细胞对HER2阳性乳腺癌细胞的吞噬能力更上一层楼,而且还诱导了更高水平的抗原呈递,T细胞活化和增殖。

《自然》子刊:无中生有,化钝为敏!MD安德森癌症中心找到能增强实体瘤免疫治疗效果的新方法BiTNHER的结构和工作原理示意图

体外实验证明了BiTNHER和抗CD47联合治疗启动肿瘤免疫应答的强大能力。接下来,研究人员利用动物模型,在体内检验BiTNHER的抗肿瘤潜力。

与HER2阴性乳腺癌小鼠以及BiTNHER或抗CD47单一疗法相比,BiTNHER和抗CD47联合治疗HER2阳性乳腺癌小鼠,能明显抑制肿瘤生长,显著降低肿瘤负担并延长生存期。

在联合治疗后,研究人员对瘤内浸润的免疫细胞进行分析,发现巨噬细胞活性增强,NK细胞和DC细胞数量增加,T细胞,尤其是CD8+效应T细胞增多,抑制免疫的Treg细胞减少。这些结果表明BiTNs通过促进巨噬细胞吞噬,连接先天免疫和适应性免疫,增强免疫疗法对肿瘤细胞的清除。

此外,研究人员还发现,联合治疗小鼠的外周血IL-2和IFN-γ水平增加,脾脏中幼稚T细胞减少,脾细胞向记忆T细胞表型转化,提示BiTNs能激活全身免疫。治疗前后小鼠血细胞计数无显著差异,只有淋巴细胞略有增加,支持BiTNs治疗的安全性。

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BiTNHER和抗CD47联合治疗HER2阳性乳腺癌小鼠(TUBO)效果显著

抑制CD47从而激活肿瘤免疫的机制是cGAS–STING途径[6]。cGAS–STING是细胞质内重要的免疫应答通路,在巨噬细胞吞噬肿瘤细胞后,巨噬细胞内的cGAS识别肿瘤细胞DNA片段并发生变化,进而激活STING,然后使转录因子IRF3磷酸化,磷酸化的IRF3进入细胞核,诱导I型IFN和其他免疫调节因子的转录。

那么,BiTNHER在促进巨噬细胞吞噬肿瘤细胞后,对肿瘤细胞清除的增强机制是否同样依靠cGAS–STING途径?

研究人员对此进行了验证,敲除HER2阳性乳腺癌小鼠的STING,则BiTNHER治疗不再影响肿瘤的生长和小鼠的生存。BiTNHER处理后,和STING正常的荷瘤鼠相比,STING敲除的荷瘤鼠肿瘤内巨噬细胞IRF3磷酸化和核移位减少,IFN-α和IFN-β转录水平下调。这些结果证实,BiTNs的抗肿瘤作用是通过激活巨噬细胞的cGAS–STING途径介导。

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STING敲除的HER2阳性乳腺癌小鼠对BiTNHER的治疗反应无效

最后,为了证明BiTNs平台的多功能性,通用于表达不同受体的多种实体肿瘤,研究人员在三阴性乳腺癌上进行了演示。

三阴性乳腺癌细胞表面高表达叶酸受体FR,为了靶向三阴性乳腺癌,BiTNs把纳米载体偶联的HER2抗体更换为叶酸,新构建的BiTNs称为BiTNFo。BiTNFo使三阴性乳腺癌细胞从FR阳性转化为SLAMF7阳性表型。

由于三阴性乳腺癌小鼠还高表达PD-1/PD-L1,为增强免疫疗效,BiTNFo联合抗CD47和抗PD-1进行三联治疗。相比于仅有抗CD47和抗PD-1的二联疗法,三联治疗能显著抑制肿瘤生长和转移,降低术后复发,延长生存,激活免疫应答,增加瘤内IFN-γ+CD8+T细胞和DC细胞的浸润,降低Treg等免疫抑制细胞的数量。这些结果表明,BiTNs是免疫检查点抑制疗法的一种强效佐剂。

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BiTNFo与抗CD47和抗PD-1的组合强烈增强免疫疗效

总体而言,研究人员借鉴血液肿瘤细胞的促免疫机制,利用纳米技术,为实体肿瘤研发了一种能增强免疫的通用佐剂BiTNs。BiTNs集SLAMF7蛋白和肿瘤细胞配体于一身,通过配体结合肿瘤细胞的特异性受体,把SLAMF7移花接木给实体肿瘤细胞;通过更换不同的配体,适用于各种实体肿瘤。

BiTNs将实体肿瘤细胞从低免疫原性转化为SLAMF7高表型,高效地促进了巨噬细胞吞噬肿瘤细胞和呈递肿瘤抗原,大大增强了CD47抑制剂和PD1抑制剂的疗效。这种免疫转化方法有望推动实体肿瘤的免疫治疗再上新台阶。

参考文献:

[1] Jiang Z, Sun H, Yu J, Tian W, Song Y. Targeting CD47 for cancer immunotherapy. J Hematol Oncol. 2021;14(1):180. Published 2021 Oct 30.doi:10.1186/s13045-021-01197-w

[2] Jalil AR, Andrechak JC, Discher DE. Macrophage checkpoint blockade: results from initial clinical trials, binding analyses, and CD47-SIRPα structure-function. Antib Ther. 2020;3(2):80-94. doi:10.1093/abt/tbaa006

[3] Chen J, Zhong MC, Guo H, et al. SLAMF7 is critical for phagocytosis of haematopoietic tumour cells via Mac-1 integrin. Nature. 2017;544(7651):493-497. doi:10.1038/nature22076

[4] Lu Y, Huntoon K, Lee D, et al. Immunological conversion of solid tumours using a bispecific nanobioconjugate for cancer immunotherapy [published online ahead of print, 2022 Nov 10]. Nat Nanotechnol. 2022;10.1038/s41565-022-01245-7. doi:10.1038/s41565-022-01245-7

[5] Kamen L, Myneni S, Langsdorf C, et al. A novel method for determining antibody-dependent cellular phagocytosis. J Immunol Methods. 2019;468:55-60. doi:10.1016/j.jim.2019.03.001

[6] von Roemeling CA, Wang Y, Qie Y, et al. Therapeutic modulation of phagocytosis in glioblastoma can activate both innate and adaptive antitumour immunity. Nat Commun. 2020;11(1):1508. Published 2020 Mar 20. doi:10.1038/s41467-020-15129-8

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