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萬字綜述:腫瘤免疫治療簡史!


癌癥是高度復(fù)雜的疾病,其特點(diǎn)是不僅有惡性細(xì)胞的過度生長,而且有免疫反應(yīng)的改變。免疫系統(tǒng)的抑制和重新編程在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵作用,免疫治療的目的是重新激活抗腫瘤免疫細(xì)胞,克服腫瘤的免疫逃逸機(jī)制。有證據(jù)表明,多種免疫治療方法的結(jié)合可能是提高治療效果的途徑之一。


然而,腫瘤免疫治療的總體臨床反應(yīng)率仍有待提高,這就需要開發(fā)新的治療方法和生物標(biāo)志物。從過去臨床和基礎(chǔ)研究的成功和失敗中學(xué)習(xí),對于未來研究的合理設(shè)計(jì)至關(guān)重要。


今天分享一篇發(fā)表在Signal Transduction and Targeted Therapy(IF=38.104)的綜述文章。這篇綜述描述了免疫系統(tǒng)對抗癌癥的機(jī)制,并討論了可以促進(jìn)抗腫瘤免疫反應(yīng)的治療靶點(diǎn)和細(xì)胞類型。

目 錄

一. 研究背景

二.T細(xì)胞上的免疫抑制分子(ICs)

三.T細(xì)胞上的免疫刺激分子(ICs)

四.NK細(xì)胞上的免疫刺激分子(ICs)

五.細(xì)胞免疫治療

六.來自ICB和CAR-T細(xì)胞的免疫治療生物標(biāo)志物

七.其他類型的免疫療法

八.靶向抑制性的腫瘤微環(huán)境

九.結(jié)論和展望



-01-

研究背景
腫瘤免疫治療的歷史:

1974年,白細(xì)胞介素-2(IL-2)被發(fā)現(xiàn)在T細(xì)胞分化和生長中起著至關(guān)重要的作用。T細(xì)胞的激活是抗病毒和抗腫瘤適應(yīng)性免疫中的一個關(guān)鍵事件,它主要是通過雙信號途徑完成的。第一個信號是抗原特異性信號,包括T細(xì)胞表面受體(TCR)與抗原肽-主要組織細(xì)胞復(fù)合體(MHC)的特異性結(jié)合。第二個信號是由T細(xì)胞與抗原提呈細(xì)胞(APC)表面的刺激分子(CMs)的交流介導(dǎo)的。

在確定了負(fù)責(zé)抗原識別的T細(xì)胞受體(TCRs)后,1986年,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了在活化T細(xì)胞上表達(dá)的分子CD28。隨后,人們發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞的激活需要來自TCR和CD28的信號,此后CD28被命名為 '共刺激分子'。Pierre Golstain的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種與CD28結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì);它被命名為細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(CTLA-4),并被假設(shè)為一種潛在的T細(xì)胞激活分子。

1994年底,Allison團(tuán)隊(duì)報告了阻斷CTLA-4可以增加T細(xì)胞的抗腫瘤活性和抑制腫瘤生長的突破性發(fā)現(xiàn)。因此,第一次證明了抑制一種負(fù)性免疫調(diào)節(jié)劑可以抑制腫瘤的發(fā)展;這種方法后來被Allison命名為 '免疫檢查點(diǎn)阻斷'(ICB)。2011年,第一個針對CTLA-4的抗體ipilimumab被批準(zhǔn)用于黑色素瘤治療,成為第一個免疫檢查點(diǎn)(IC)抑制劑。


20多年前,京都大學(xué)Tasuku Honjo的研究小組發(fā)現(xiàn)PD-1。PD-1基因敲除導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)自身免疫性疾病和異常激活的免疫細(xì)胞,表明其具有免疫抑制作用。2000年,B7-H1被確定為PD-1的配體,因此獲得了它的第二個名字PD-L1。這些發(fā)現(xiàn)表明,PD-1是另一種IC。文章總結(jié)了癌癥免疫療法在一段時間內(nèi)的主要里程碑式的突破(圖1)。針對CTLA-4和PD-1的抗體以及CAR-T細(xì)胞療法代表了有希望的方法,在這些方法中,免疫系統(tǒng)的某些成分可以被操縱,以扭轉(zhuǎn)抑制并針對腫瘤。

然而并非所有患者都對這些療法有反應(yīng),這表明腫瘤引起的免疫改變的復(fù)雜性。Robert Schreiber博士提出了 '癌癥免疫編輯 '的概念,描述了惡性細(xì)胞如何對最初的免疫識別做出反應(yīng),隨后發(fā)展出逃避機(jī)制,甚至 '重塑 '免疫系統(tǒng),成為致癌物質(zhì)。這樣的免疫編輯過程幾乎在體內(nèi)或全身免疫細(xì)胞存在時都會發(fā)生,從而形成高度抑制的腫瘤微環(huán)境(TME)。尋找激活抗腫瘤T細(xì)胞反應(yīng)和針對抑制性TME的協(xié)同方法一直是腫瘤免疫治療的主要研究重點(diǎn)。

圖1. 癌癥免疫療法發(fā)展的歷史性里程碑


-02-
T細(xì)胞上的免疫抑制分子(ICs)
ICs是一類免疫抑制分子,在免疫細(xì)胞上表達(dá),可以抑制免疫細(xì)胞的激活,因此在預(yù)防自身免疫中起著關(guān)鍵作用(圖2)。相反,ICs的過度表達(dá)會抑制免疫功能,促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。因此,ICB療法通過阻斷ICs和增強(qiáng)抗腫瘤T細(xì)胞活性來抑制腫瘤生長。ICB的發(fā)展是通過靶向PD-1/PD-L1和CTLA-4/B7-1/2這兩條IC通路開始的,對它們的阻斷已經(jīng)取得了顯著的臨床進(jìn)展。

迄今為止,T細(xì)胞上其他幾個通過不同機(jī)制介導(dǎo)抑制性信號的IC分子已被發(fā)現(xiàn),并有可能被作為癌癥免疫治療的靶點(diǎn)加以利用。

圖2. 免疫檢查點(diǎn)抑制劑及其受體列表

1. PD-1

研究發(fā)現(xiàn)PD-1能抑制T淋巴細(xì)胞的功能,這對控制自身免疫反應(yīng)至關(guān)重要。PD-L1(最初被確定為B7-H1),在多種類型的腫瘤上高度表達(dá),可與PD-1結(jié)合并介導(dǎo)腫瘤的免疫逃逸。因此,對PD-1的抑制可以重新激活T細(xì)胞功能。PD-1不僅在T細(xì)胞上表達(dá),而且還在NK細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞(DC)上表達(dá),表明PD-1可能在重塑腫瘤免疫微環(huán)境甚至全身性抗腫瘤免疫中發(fā)揮非常有效的作用。PD-1抑制劑可以特異性地與PD-1結(jié)合,從而減弱對T淋巴細(xì)胞的免疫抑制調(diào)節(jié),使T淋巴細(xì)胞能夠參與殺傷腫瘤細(xì)胞(圖3)。

圖3. PD-1抗體工作機(jī)制示意圖

2. CTLA-4

CTLA-4也被稱為CD152,是一種跨膜蛋白,在活化的CD4+和CD8+T細(xì)胞中表達(dá)。CTLA-4和CD80/CD86的結(jié)合可以抑制T細(xì)胞的激活信號,防止自身免疫性疾病。阻斷CTLA-4可以直接針對效應(yīng)性T細(xì)胞的抑制信號,減少Tregs的抑制作用,從而有效提高T細(xì)胞的抗腫瘤作用。

盡管兩者都是有代表性的IC分子,CTLA-4和PD-1以不同的方式調(diào)節(jié)T細(xì)胞功能(圖4)。CTLA-4的抑制性信號消極地調(diào)節(jié)T細(xì)胞的啟動,而PD-1主要介導(dǎo)啟動后的T細(xì)胞的激活和增殖。在腫瘤方面,人們發(fā)現(xiàn)針對PD-1的ICB通常會導(dǎo)致現(xiàn)有抗腫瘤T細(xì)胞的擴(kuò)增和招募,而抗CTLA-4治療會產(chǎn)生新的T細(xì)胞克隆。這些結(jié)果表明,CTLA-4和PD-1可以同時作為靶點(diǎn),發(fā)揮協(xié)同抗腫瘤作用。

圖4. CTLA-4和PD-1的圖解

3. Tim-3
T細(xì)胞免疫球蛋白域和粘蛋白域-3(Tim-3,CD366)是一種T細(xì)胞表面抑制性分子,主要表達(dá)在CD4+T輔助細(xì)胞1(Th1)和CD8+CTL細(xì)胞以及具有強(qiáng)化抑制功能的Treg細(xì)胞亞群上。后來發(fā)現(xiàn)Tim-3,也被稱為HAVCR2,也表達(dá)在一些先天性免疫細(xì)胞上,包括樹突狀細(xì)胞、NK細(xì)胞、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。
4. LAG-3

在抗原刺激下,LAG-3可以在CD4+和CD8+T細(xì)胞上被誘導(dǎo)。長期感染病毒、細(xì)菌和寄生蟲導(dǎo)致持續(xù)暴露于抗原,這導(dǎo)致LAG-3的高水平和持續(xù)表達(dá),隨后細(xì)胞因子釋放、細(xì)胞溶解活性和增殖潛力減少。在一些小鼠腫瘤模型中觀察到LAG-3和PD-1在瘤內(nèi)T細(xì)胞上的共同表達(dá),當(dāng)結(jié)合這兩種分子的阻斷抗體時,觀察到對腫瘤生長的協(xié)同抑制作用。


LAG-3因此成為癌癥免疫治療最關(guān)鍵的新靶點(diǎn)之一。Relatlimab是第一個進(jìn)入臨床的LAG-3的抑制劑,它能阻斷LAG-3與MHC II的相互作用。纖維蛋白原樣蛋白1(FGL1)是Lag-3的配體。發(fā)現(xiàn)它與Lag-3結(jié)合形成一個新的PD-1/PD-L1獨(dú)立的免疫檢查點(diǎn)途徑,導(dǎo)致T細(xì)胞衰竭、功能障礙,以及腫瘤細(xì)胞逃避免疫監(jiān)視。在抗PD-L1的基礎(chǔ)上阻斷FGL1,有可能成為臨床實(shí)踐中的另一種新型ICB策略,尤其是在非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)的靶向治療方面。


5. NR2F6

核受體亞家族2群F成員6 (NR2F6)最近被報道為細(xì)胞內(nèi)IC分子,是淋巴細(xì)胞固有的核受體。NR2F6作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)與腫瘤抗原特異性T細(xì)胞反應(yīng)相關(guān)的細(xì)胞的激活、募集、增殖和內(nèi)穩(wěn)態(tài)。在非小細(xì)胞肺癌組織的腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞(TILs)中檢測到NR2F6的高表達(dá),NR2F6表達(dá)上調(diào)與細(xì)胞因子(IL-2、TNF-α和IFN-γ)的產(chǎn)生受損相關(guān),提示TILs上的NR2F6有助于腫瘤免疫抑制。此外,NR2F6的破壞導(dǎo)致腫瘤抑制,并增強(qiáng)PD-L1阻斷劑在腫瘤治療中的作用,提示NR2F6抑制劑可能成為一種新的免疫療法,可以克服對現(xiàn)有ICB治療的耐藥性。
6. TIGIT

T細(xì)胞免疫球蛋白和ITIM域蛋白(TIGIT)是一種I型跨膜蛋白。TIGIT屬于免疫球蛋白超家族(IgSF),可以在T細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞、記憶性T細(xì)胞和NK細(xì)胞上表達(dá)。TIGIT通過與表達(dá)在抗原呈遞細(xì)胞(APC)上的配體CD155和CD112相互作用,介導(dǎo)對NK細(xì)胞和T細(xì)胞激活的抑制作用。


在人類腫瘤中,TIGIT被發(fā)現(xiàn)與多個IC分子共表達(dá),包括PD-1、TIM-3和LAG-3。TIGIT、TIM-3和PD-1的共同表達(dá)與患者的生存率低有關(guān)。同時阻斷TIGIT和PD-1信號通路可以增加腫瘤特異性CD8+T細(xì)胞中IFN-γ和TNF-α的表達(dá),支持抗TIGIT治療的發(fā)展。


7. VISTA

V-集免疫調(diào)節(jié)受體(VISTA),也被稱為PD-1H或DD1α,是近年來發(fā)現(xiàn)的一種免疫調(diào)節(jié)蛋白。它主要表達(dá)于淋巴器官和骨髓細(xì)胞,其結(jié)構(gòu)與PD-L1相似。研究表明,表達(dá)VISTA的APC對CD4 +和CD8 + T細(xì)胞有抑制作用;當(dāng)這種分子被阻斷時,由T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫功能得到了挽救,說明VISTA是一種抑制T細(xì)胞反應(yīng)的IC分子。在T細(xì)胞中,VISTA和PD-1的抑制作用是相互獨(dú)立的,在腫瘤小鼠模型中的研究也驗(yàn)證了同時應(yīng)用抗PD-1和抗VISTA抗體可以抑制腫瘤生長,延長生存期。
8. BTLA

B和T淋巴細(xì)胞衰減劑(BTLA)屬于免疫球蛋白超家族。它在T細(xì)胞、靜止的B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和NK細(xì)胞上表達(dá),其結(jié)構(gòu)和功能與PD-1和CTLA-4相似。BTLA的配體是皰疹病毒進(jìn)入介質(zhì)(HVEM)。當(dāng)BTLA與HVEM結(jié)合時,它產(chǎn)生抑制性信號并抑制T細(xì)胞的激活。抗BTLA治療可促進(jìn)T細(xì)胞增殖,BTLA基因敲除的小鼠顯示出更高的免疫活性。



-03-

T細(xì)胞上的免疫刺激分子(ICs)
1. OX40

OX40,也被稱為CD134,是腫瘤壞死因子受體(TNFR)超家族的成員,在T細(xì)胞激活后24-72小時表達(dá)。它的配體OX40L,也被稱為CD252,主要表達(dá)在活化的APC表面。OX40-OX40L的相互作用可以啟動T細(xì)胞激活信號以及細(xì)胞周期蛋白A、Bcl-2抗凋亡分子、細(xì)胞因子和細(xì)胞因子受體的表達(dá)。小鼠模型顯示,刺激OX40的特異性抗體可以減少Tregs的數(shù)量,從而保持效應(yīng)T細(xì)胞的功能,并顯示出高抗腫瘤活性有許多針對OX40-OX40L途徑的臨床研究,包括對激發(fā)OX40的特異性抗體的單藥應(yīng)用或與化療、放療、手術(shù)、小分子靶向治療、細(xì)胞因子或其他ICB藥物的組合。


2. ICOS

誘導(dǎo)共刺激分子(ICOS),又稱CD278,是免疫球蛋白超家族的一員。ICOS在活化的T細(xì)胞表面表達(dá),調(diào)節(jié)T細(xì)胞增殖和功能。ICOS的激活依賴于其配體ICOS- l,主要在B細(xì)胞和APCs中表達(dá)。ICOS已被證明是ICB療效的一個重要標(biāo)志。當(dāng)anti-CLTA-4治療惡性黑色素瘤時,發(fā)現(xiàn)ICOS + CD4 + T細(xì)胞的豐度與較好的療效相關(guān)。在小鼠模型中,單獨(dú)使用ICOS激動劑很難引起足夠的抗黑色素瘤反應(yīng);但I(xiàn)COS與anti-CLTA-4之間存在協(xié)同效應(yīng); 此外,ICOS敲除小鼠對anti-CLTA-4治療反應(yīng)較差。


3. 4-1BB

4-1BB,也被稱為CD137,是TNFR家族的一員。4-1BB在調(diào)節(jié)性T細(xì)胞上的作用是復(fù)雜的,研究結(jié)果相互矛盾。但重要的是,4-1BB基因敲除小鼠發(fā)生自身免疫性疾病,提示其在免疫平衡中發(fā)揮重要作用,有可能被靶向引發(fā)腫瘤特異性免疫識別。

4. CD27

與TNFR家族的其他成員不同,CD27只在淋巴細(xì)胞表面表達(dá),包括新生和活化的CD4+和CD8+T細(xì)胞。當(dāng)它與其配體CD70相互作用時,CD27誘導(dǎo)效應(yīng)性和記憶性T細(xì)胞的增殖和分化,并增強(qiáng)B細(xì)胞和NK細(xì)胞的激活。小鼠模型表明,誘導(dǎo)CD27信號通路可以抑制腫瘤的生長。CD27/CD70信號通路的抗腫瘤免疫作用。Varlilumab是一種針對CD27的人源化單克隆抗體,可促進(jìn)細(xì)胞因子的產(chǎn)生和T細(xì)胞的激活。在I期臨床研究中,Varlilumab在晚期實(shí)體瘤患者中的耐受性良好,并顯示出初步的安全性結(jié)果。除了單藥治療外,varlilumab還與抗PD-L1抗體聯(lián)合使用。



-04-

NK細(xì)胞上的免疫刺激分子(ICs)
在人體內(nèi),NK細(xì)胞主要以CD3- CD56 +淋巴細(xì)胞群為特征,而CD16 + CD56dim亞型主要存在于血液中。NK細(xì)胞作為自然免疫系統(tǒng)的重要組成部分,在去除衰老細(xì)胞和致病微生物方面發(fā)揮著重要作用。NK細(xì)胞不像TCRs那樣通過特定的受體識別靶細(xì)胞;它們通過種系基因表達(dá)的受體識別細(xì)胞。NK細(xì)胞的負(fù)調(diào)控因子包括KIRs(免疫球蛋白樣受體)、CD94-NKG2和MHC-I。在腫瘤免疫學(xué)的背景下,腫瘤細(xì)胞通過下調(diào)MHC的表達(dá)來逃避獲得性免疫,從而更容易受到NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用。
此外,在抗體治療中,NK細(xì)胞在介導(dǎo)抗體誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性(ADCC)中發(fā)揮著重要作用。NK細(xì)胞還可以通過分泌細(xì)胞因子或招募樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞等免疫細(xì)胞參與清除腫瘤細(xì)胞的過程,直接發(fā)揮抗腫瘤作用238,使其成為癌癥免疫治療的誘人靶點(diǎn)。
1. KIR

殺傷細(xì)胞免疫球蛋白樣受體(KIR)家族是一類高度多態(tài)性的分子,主要表達(dá)在一些NK細(xì)胞和T細(xì)胞的表面,可分為多個亞型。其中,KIR2DTl1-3和KIR3DL1通過結(jié)合MHC分子(HLA-C/HLAB)發(fā)揮抑制作用。由于基因多態(tài)性高的特點(diǎn),多個KIR基因及其配體的結(jié)合可引起多種疾病,包括自身免疫性疾病,特別是部分KIR基因與特異性配體的結(jié)合,可增加癌癥的風(fēng)險。在小鼠模型中,靶向活化的NK細(xì)胞表面受體KIR2DS2的治療顯示出明顯優(yōu)于靶向傳統(tǒng)共刺激分子的抗腫瘤活性。

2. NKG2A

NK細(xì)胞凝集素樣受體亞家族C成員1 (NKG2A)是NKG2家族的“抑制性”成員,主要在CD56 hi NK細(xì)胞、NKT細(xì)胞和CD8+αβ t細(xì)胞亞群中表達(dá)。它與CD94形成異二聚體受體,并與它的配體結(jié)合,非經(jīng)典的MHC I分子HLA-E,在大多數(shù)正常組織中表達(dá)。NKG2A/CD94與HLA-E的相互作用可抑制NK細(xì)胞和T細(xì)胞的激活,表明其作為IC分子的靶向性。


Monalizumab (IPH2201)是一種NKG2A單克隆拮抗抗體,可阻斷NKG2A與HLA-E之間的相互作用,已在白血病小鼠模型中顯示治療效果。


3. CD96

CD96是NK細(xì)胞上表達(dá)的免疫球蛋白超家族的一員,可識別配體CD155。CD96在腫瘤浸潤NK細(xì)胞上的表達(dá)高于周圍組織NK細(xì)胞。肝細(xì)胞癌樣本中NK細(xì)胞CD96表達(dá)水平較高預(yù)示預(yù)后較差。



-05-

細(xì)胞免疫治療

具有細(xì)胞毒性潛能的免疫細(xì)胞,包括T細(xì)胞、NK細(xì)胞和巨噬細(xì)胞,能夠識別并清除感染或受損的細(xì)胞。T細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用不同于其他細(xì)胞,因?yàn)樗哂锌乖禺愋?。?xì)胞免疫療法,也稱為過繼細(xì)胞移植(adoptive cell transfer,ACT),利用這些類型的免疫細(xì)胞的殺傷能力來治療癌癥。


在此,作者討論已經(jīng)取得重大研究和臨床進(jìn)展的四種主要ACT類型:CAR-T細(xì)胞治療、TIL治療、工程TCR治療和NK細(xì)胞治療。


1. TIL 治療

TILs是可以從腫瘤組織中識別和純化的異質(zhì)性淋巴細(xì)胞,它們的豐富程度已被發(fā)現(xiàn)與較好的預(yù)后相關(guān)。TILs是第一批被用于ACT的細(xì)胞之一。這些細(xì)胞可以從腫瘤中分離出來,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行體外擴(kuò)增,并大量重新注射到癌癥患者體內(nèi)以消除腫瘤細(xì)胞。TIL療法已經(jīng)在臨床研究中進(jìn)行了嚴(yán)格的測試,作者總結(jié)了TIL療法針對不同類型腫瘤的最新進(jìn)展,包括:黑素瘤、肺癌、宮頸癌、轉(zhuǎn)移性乳腺癌、骨肉瘤、卵巢癌。


2. 工程TCR治療

TCRs是T細(xì)胞表面的特異性受體。通過識別和結(jié)合MHC呈遞的抗原,激活T細(xì)胞的分裂和分化。然而,并不是所有病人都有能識別腫瘤的T細(xì)胞。因此,TCR-T療法從患者身上提取T細(xì)胞,并將這些細(xì)胞擴(kuò)大,使患者擁有能夠識別特定癌癥抗原的新的TCR。用于TCR-T治療的工程TCRs的設(shè)計(jì)高度依賴于特異性腫瘤抗原的識別。一些抗原,如NY-ESO-1,在腫瘤組織中廣泛表達(dá),可用于開發(fā)TCRs治療不同類型的腫瘤。然而,TCR可以以患者特異性的方式進(jìn)行識別和合成。TIL治療利用了瘤內(nèi)淋巴細(xì)胞與全身淋巴細(xì)胞之間的差異,對患者腫瘤中特定突變的識別指導(dǎo)了TCRs的生成和應(yīng)用,從而有效地靶向這些突變。然后,這些TCRs可以被分離、克隆并在T細(xì)胞上表達(dá),然后這些工程T細(xì)胞在體外擴(kuò)增并重新注入患者體內(nèi)。這是一種高度個性化的治療方法,增強(qiáng)了治療的特異性。TCR療法在黑色素瘤的治療上取得了突破性進(jìn)展,在肝癌、乳腺癌、卵巢癌的治療上也取得了一定成效。然而,TCR對腫瘤抗原的識別需要MHC分子的抗原表達(dá),腫瘤細(xì)胞會通過降低MHC的表達(dá)來逃避T細(xì)胞的殺傷。


3. CAR-T細(xì)胞治療

CAR-T細(xì)胞治療是另一種ACT策略。與TCR T療法的原理相似,患者的T細(xì)胞“配備”了合成的CAR,擴(kuò)展并重新注入患者體內(nèi),以產(chǎn)生腫瘤特異性免疫反應(yīng)(圖5)。CAR被設(shè)計(jì)用于識別腫瘤相關(guān)抗原(TAAs),其獨(dú)立于MHC呈遞,因此使T細(xì)胞能夠以MHC不受限制的方式識別癌細(xì)胞。

圖5. CAR-T細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

① CAR-T細(xì)胞治療的原理和成果:

CAR-T細(xì)胞是通過在T細(xì)胞的質(zhì)膜上表達(dá)腫瘤特異性CARs而產(chǎn)生的。 CARs的結(jié)構(gòu)通常包括三個部分:細(xì)胞外抗原結(jié)合域、連接體/跨膜域、和細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)域。細(xì)胞外抗原結(jié)合區(qū)是利用抗體、配體和肽的序列設(shè)計(jì)的,以便與TAAs特異性結(jié)合??缒そY(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)連接細(xì)胞外結(jié)合結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞內(nèi)信號結(jié)構(gòu)域并將其固定在細(xì)胞膜上。細(xì)胞內(nèi)信號區(qū),包括CD3-zeta結(jié)構(gòu)域和共刺激結(jié)構(gòu)域,將抗原識別的信號轉(zhuǎn)發(fā)給細(xì)胞,介導(dǎo)T細(xì)胞的激活。CAR-T細(xì)胞治療涉及合成生物學(xué)(CAR設(shè)計(jì))、病毒技術(shù)(CAR轉(zhuǎn)導(dǎo))和細(xì)胞制造(CAR-T細(xì)胞擴(kuò)增)的整合(圖6)。CAR的引入在工程T細(xì)胞中產(chǎn)生了腫瘤特異性激活潛力,而體外培養(yǎng)和擴(kuò)增允許繞過腫瘤引起的免疫抑制。因此,大量的腫瘤特異性細(xì)胞被輸回病人體內(nèi)。CAR-T細(xì)胞療法對幾種類型的癌癥顯示出有希望的臨床結(jié)果。

圖6. CAR-T治療的工作流程

② CAR-T細(xì)胞治療的挑戰(zhàn):

CAR-T細(xì)胞治療的更廣泛應(yīng)用仍然面臨著來自不同方面的挑戰(zhàn)。首先,當(dāng)CAR-T細(xì)胞攻擊腫瘤細(xì)胞時,可能會引起嚴(yán)重的副作用和毒性,可能是致命的。其次,一些CAR-T細(xì)胞的細(xì)胞毒性不是高度腫瘤特異性的,可能會對正常組織造成損傷。第三,大多數(shù)CAR-T細(xì)胞產(chǎn)品的制造過程是耗時的,這可能會導(dǎo)致一些患者的腫瘤在細(xì)胞生產(chǎn)窗口期進(jìn)一步惡化。此外,CAR-T治療血癌的長期療效仍需長期隨訪觀察,CAR-T細(xì)胞治療實(shí)體瘤的應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。這些挑戰(zhàn)將決定未來整個T細(xì)胞工程領(lǐng)域的發(fā)展。細(xì)胞因子釋放綜合征(CRS),也被稱為“細(xì)胞因子風(fēng)暴”,是CAR-T治療最常見的不良反應(yīng)。大多數(shù)CAR-T細(xì)胞的臨床研究表明,長期療效不確定,因?yàn)榘┘?xì)胞表達(dá)的各種免疫逃逸因子導(dǎo)致T細(xì)胞衰老和衰竭。針對實(shí)體瘤的CAR-T細(xì)胞面臨的挑戰(zhàn)包括阻斷T細(xì)胞浸潤的血管疾病,有限的TAA選擇和腫瘤異質(zhì)性,這導(dǎo)致了抗原逃逸。CAR-T細(xì)胞在實(shí)體瘤中的應(yīng)用需要進(jìn)一步探索。


③ CAR-T細(xì)胞改良的策略:

利用特異性和廣泛的靶向性: CAR-T細(xì)胞的長期抗腫瘤功能因輸注后腫瘤復(fù)發(fā)而復(fù)雜化??紤]到CAR-T治療后抗原逃逸的風(fēng)險,設(shè)計(jì)針對多個TAAs的雙特異性CAR-T是可以采用的。提高CAR-T細(xì)胞的適應(yīng)度,包括活化潛能、增殖能力和生存能力,延長CAR-T細(xì)胞在患者體內(nèi)的生存時間,是提高臨床療效的關(guān)鍵方向之一。


降低制造成本: 所有批準(zhǔn)的CAR-T細(xì)胞療法都使用自體T細(xì)胞來產(chǎn)生治療產(chǎn)品。生產(chǎn)這種高度個性化的療法需要很高的成本。除了高成本外,CAR-T細(xì)胞療法的質(zhì)量和穩(wěn)定性一直是人們關(guān)注的主要問題。自體T細(xì)胞在質(zhì)量和數(shù)量上不一致,特別是在接受過大量放療和化療的患者中。


毒性控制:CAR-T細(xì)胞治療顯示的毒性和副作用表明需要制定一些控制程序來調(diào)節(jié)CARs的活性。大量的方法已經(jīng)被用來控制CAR-T細(xì)胞的安全性; 其中包括通過安裝自殺開關(guān)快速清除注入的細(xì)胞,這種開關(guān)可以由小分子或抗體控制。常用的自殺開關(guān)包括誘導(dǎo)型caspase-9 (iCasp9)、單純皰疹病毒中的胸苷激酶(HSV-TK)和自殺表位。然而,這樣的自殺開關(guān)清除了所有的治療CAR-T細(xì)胞,從而降低了抗腫瘤反應(yīng)。因此,不清除CAR-T細(xì)胞的非細(xì)胞毒性可逆系統(tǒng)正在開發(fā)中,并具有保持細(xì)胞毒性和控制毒性反應(yīng)之間平衡的潛力 (表1)

4. NK細(xì)胞治療

NK細(xì)胞可以介導(dǎo)直接細(xì)胞毒性。從機(jī)制上講,NK細(xì)胞在對抗癌癥的第一道防線上發(fā)揮著關(guān)鍵作用,通過兩種途徑介導(dǎo)抗腫瘤作用: 通過釋放穿孔后蛋白和顆粒酶或死亡受體的直接細(xì)胞毒性,以及通過分泌激活A(yù)PCs和T細(xì)胞的細(xì)胞因子和趨化因子的調(diào)節(jié)作用。因此,除了本文前面討論的以NK細(xì)胞上的ICs為靶點(diǎn)的藥物外,利用NK細(xì)胞的ACT也在快速發(fā)展中。


與T細(xì)胞類似,NK細(xì)胞也可以轉(zhuǎn)導(dǎo)表達(dá)CARs。CAR-NK細(xì)胞的發(fā)展緊隨CAR-T細(xì)胞治療的演變,CAR-NK細(xì)胞往往直接采用CAR-T細(xì)胞的設(shè)計(jì)。


許多臨床前研究已經(jīng)證實(shí)了CAR-NK細(xì)胞針對其他類型腫瘤的抗腫瘤活性。由于NK的細(xì)胞毒性是由 '缺失自我 '的識別引發(fā)的,因此NK細(xì)胞尤其具有殺死MHC下調(diào)的腫瘤細(xì)胞的能力。NK細(xì)胞對病毒感染的細(xì)胞也有特殊的殺傷能力,因此特別適合于治療HPV或EBV相關(guān)的腫瘤。


NK細(xì)胞毒性可受多種免疫抑制機(jī)制的影響,包括IL-10,吲哚胺2,3-雙加氧酶,前列腺素E2,轉(zhuǎn)化生長因子β (TGF-β)和缺氧。增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性和在體內(nèi)的持久性被認(rèn)為是推進(jìn)NK治療的主要方向。支持NK細(xì)胞維持的細(xì)胞因子:IL-15已被確定為增強(qiáng)NK細(xì)胞活性的關(guān)鍵細(xì)胞因子。在黑色素瘤、結(jié)直腸癌、淋巴瘤和肺癌等癌癥的同基因小鼠模型中,IL-15的注射具有良好的耐受性,并促進(jìn)NK細(xì)胞的擴(kuò)增。隨著對NK細(xì)胞活化和維持的研究越來越深入,未來的治療方法不僅必須產(chǎn)生腫瘤特異性NK細(xì)胞,還必須增加其在體內(nèi)的持久性,以增強(qiáng)其治療效力。


5. CRISPR技術(shù)促進(jìn)了細(xì)胞免疫治療

近年來,CRISPR/Cas9技術(shù)極大地提高了我們對腫瘤基因組學(xué)的認(rèn)識,并為癌癥免疫治療做出了貢獻(xiàn)。使用該基因組編輯系統(tǒng),可進(jìn)一步改造治療性免疫細(xì)胞,以增強(qiáng)腫瘤識別并減少衰竭(圖7)。

圖7. 基于CRISPR技術(shù)的免疫治療工作流程



-06-

來自ICB和CAR-T細(xì)胞的免疫治療生物標(biāo)志物
1. ICB的生物標(biāo)志物

PD-L1被作為抗PD-1治療的第一個生物標(biāo)志物,被列入pembrolizumab的處方指南中。目前,與免疫療法療效相關(guān)的常見或潛在的生物標(biāo)志物,根據(jù)其可及性,主要有以下幾類:


(i) 表面標(biāo)志物,包括PD-L1和其他一些抑制性受體,可以通過腫瘤組織的免疫組化檢查。


(ii)基因生物標(biāo)志物,如腫瘤突變負(fù)荷(TMB)、錯配修復(fù)系統(tǒng)缺陷(dMMR)、高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI-H)、新抗原和抗原呈遞途徑的突變,這些都需要對腫瘤進(jìn)行基因組分析;

(iii) 循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA),可通過分析外周血獲得。這些生物標(biāo)志物中的一些已經(jīng)被III期臨床試驗(yàn)所驗(yàn)證,并在臨床上廣泛使用(表2)


2. CAR-T細(xì)胞治療的生物標(biāo)志物

到目前為止,沒有生物標(biāo)記物被用于指導(dǎo)患者,但一些CAR-T細(xì)胞的內(nèi)在和外在因素顯示出與治療反應(yīng)有趣的相關(guān)性。腫瘤抗原的表達(dá)。CAR-T細(xì)胞作為一種靶向治療,需要在腫瘤細(xì)胞上表達(dá)TAA來誘導(dǎo)T細(xì)胞活性,這確實(shí)是CAR-T細(xì)胞療效最關(guān)鍵的生物標(biāo)志物。由于腫瘤抗原逃逸是CAR-T細(xì)胞治療后腫瘤復(fù)發(fā)的主要機(jī)制,也有研究發(fā)現(xiàn),下調(diào)TAA不是完全丟失,而是抑制CAR-T細(xì)胞功能。雖然CAR-T細(xì)胞可以被設(shè)計(jì)成增加其對低水平TAA的敏感性,但TAA的表達(dá)密度可能成為一種預(yù)測性的生物標(biāo)志物。

-07-

其他類型的免疫療法

腫瘤疫苗:

預(yù)防性腫瘤疫苗可以預(yù)防某些癌癥的發(fā)展,包括預(yù)防宮頸癌的HPV疫苗、陰道癌、外陰癌、肛門癌和尖銳濕疣以及預(yù)防肝癌的HBV疫苗。治療性腫瘤疫苗包括以自由肽或載于APC上的肽的形式注射腫瘤抗原,以激活免疫細(xì)胞,恢復(fù)其自主抗腫瘤能力。在臨床前模型中,治療性腫瘤疫苗已被證實(shí)可以防止癌癥生長和轉(zhuǎn)移,并減少終止其他類型治療后的復(fù)發(fā)。腫瘤疫苗主要分為以下四種:腫瘤全細(xì)胞疫苗、基因工程疫苗、蛋白肽疫苗和樹突狀細(xì)胞疫苗。

新抗原和免疫療法:

新抗原是存在于癌細(xì)胞上的蛋白質(zhì)片段,提供了一種實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞特異性靶向的新方法。新抗原疫苗是根據(jù)患者的特定腫瘤情況定制的。生產(chǎn)新抗原疫苗的一般步驟包括(1)腫瘤活檢,即從患者身上提取腫瘤樣本進(jìn)行基因組純化;(2)對腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞的全外顯子組測序,使研究人員能夠?qū)ふ夷[瘤細(xì)胞中獨(dú)特的突變;(3)特異性新抗原的預(yù)測和篩選;(4)開發(fā)個性化疫苗,這是基于預(yù)測的新抗原,可以通過多種方法實(shí)現(xiàn),包括多肽、mRNA和DC。最關(guān)鍵和最具挑戰(zhàn)性的一步是患者特異性新抗原的鑒定。


溶腫瘤病毒:

有額外病毒感染的癌癥患者通常病情惡化。然而,病毒也可以被修改為專門針對癌細(xì)胞。這些“溶瘤病毒”是通過基因組編輯和大規(guī)模篩選產(chǎn)生的,其解讀包括對癌細(xì)胞的裂解能力,同時保留正常細(xì)胞。由此產(chǎn)生的溶瘤病毒抗原可以復(fù)制并隨后溶解腫瘤細(xì)胞,從而向腫瘤部位釋放更多的病毒顆粒。因此,小劑量的病毒可以在體內(nèi)擴(kuò)增。溶瘤病毒具有介導(dǎo)腫瘤抗原擴(kuò)散的能力,可導(dǎo)致浸潤腫瘤的淋巴細(xì)胞增多,增強(qiáng)了ICB治療的抗腫瘤療效。另一種方法是使用溶瘤病毒作為載體,結(jié)合細(xì)胞免疫治療。通過額外的基因工程,病毒的細(xì)胞溶解功能可以被抑制,同時允許合成分子的表達(dá)。

-08-

靶向抑制性的腫瘤微環(huán)境

巨噬細(xì)胞:這些先天免疫系統(tǒng)的“士兵”清除了受損、衰老和危險的細(xì)胞,但在癌癥中,巨噬細(xì)胞促進(jìn)了它們的免疫逃逸,已成為藥物開發(fā)的一個重要領(lǐng)域。巨噬細(xì)胞有多種功能,包括清除細(xì)胞碎片和病原體,調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。巨噬細(xì)胞也是高度可塑性的細(xì)胞,可以根據(jù)微環(huán)境刺激和信號從一種表型轉(zhuǎn)換到另一種表型。巨噬細(xì)胞的激活狀態(tài)通常分為兩類:M1型巨噬細(xì)胞和M2型巨噬細(xì)胞(圖8)


某些M2巨噬細(xì)胞亞群參與促進(jìn)腫瘤進(jìn)展和介導(dǎo)免疫抑制。從機(jī)制上講,已發(fā)現(xiàn)腫瘤將單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞招募到TME,并將它們極化為M2樣表型。巨噬細(xì)胞靶向癌癥治療的中心目標(biāo)是將腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)重編程為促炎(抗腫瘤)亞型。

圖8. M1和M2巨噬細(xì)胞的特性

TAMs上的抑制和刺激分子:

最成熟的針對TAMs的方法是阻斷集落刺激因子-1(CSF-1,也稱為M-CSF)/CSF1R軸。這種方法減少了TAMs的數(shù)量,這也可能與TAMs向M1表型的再極化有關(guān)。TAMs的致瘤功能也可以由TGF-β介導(dǎo),TGF-β是一種抗炎分子,通常在損傷修復(fù)過程中由巨噬細(xì)胞表達(dá)。在一個小鼠模型中,阻斷TGF-β并同時用STING激動劑治療,通過上調(diào)I型干擾素的表達(dá)而導(dǎo)致腫瘤的消退。Toll樣受體(TLRs)參與先天免疫感應(yīng)。TLR激動劑可以增加單核細(xì)胞的招募/浸潤,并誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向促炎癥表型重新極化。TAMs也表達(dá)CD40,CD40激動劑可以防止腫瘤生長和減弱抗藥性。
這些抑制性(CSF1R、TGF-β)和刺激性(TLRs、CD40)分子都可以用來恢復(fù)TAMs的促炎癥功能。

CD47又稱整合素相關(guān)蛋白,屬于免疫球蛋白超家族,通過與巨噬細(xì)胞或樹突狀細(xì)胞表面的信號調(diào)節(jié)蛋白α(SIRPα)結(jié)合,調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、遷移和凋亡。CD47在大多數(shù)腫瘤細(xì)胞表面過表達(dá)。阻斷CD47/SIRPα通路可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞靶向腫瘤的吞噬功能,這在小鼠異種移植模型中得到證實(shí)。


工程巨噬細(xì)胞:

巨噬細(xì)胞治療的發(fā)展需要增加靶向激活受體和更持久的M1巨噬細(xì)胞極化方法。利用基因修飾增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的抗腫瘤能力逐漸引起了人們的關(guān)注。一個直接的策略是耗盡抑制信號,如SIRPα。SIRPα缺失的巨噬細(xì)胞在聯(lián)合放療中具有抗腫瘤作用。另一種方法是設(shè)計(jì)巨噬細(xì)胞表達(dá)CARs (CAR-Ms)(圖9)。CAR-Ms還誘導(dǎo)周圍TME的促炎特征。M2巨噬細(xì)胞的存在不影響CAR-M細(xì)胞的腫瘤殺傷能力,突出了其對TME免疫抑制的抵抗力。此外,CAR-Ms表現(xiàn)出更強(qiáng)的T細(xì)胞刺激能力,能夠在吞噬后向T細(xì)胞呈遞抗原,招募靜止和激活的T細(xì)胞到腫瘤。

圖9. CAR-M治療的多效抗腫瘤機(jī)制

靶向骨髓來源抑制細(xì)胞(MDSCs):

MDSCs起源于造血干細(xì)胞(HSCs),是骨髓造血功能改變的結(jié)果。這種短暫的骨髓增生在刺激物被移除后會終止,骨髓細(xì)胞的平衡也會隨之恢復(fù)。然而,在慢性炎癥、癌癥和自身免疫性疾病中,持續(xù)的骨髓造血可能發(fā)生,以防止宿主廣泛的組織損傷,不斷產(chǎn)生IMCs。這些細(xì)胞具有明顯的特征,如不成熟的表型和形態(tài),相對較弱的吞噬功能,以及抗炎和免疫抑制功能。異常的骨髓細(xì)胞對其他免疫細(xì)胞有抑制作用。此后,人們采用表面標(biāo)志物Gr-1和CD11b來定義這些免疫抑制性骨髓細(xì)胞。在人類中,這些骨髓細(xì)胞的表型特征是CD34、CD14和CD15的表達(dá),功能特征是它們能夠抑制T細(xì)胞的激活。MDSCs可大致分為粒細(xì)胞(G-MDSCs或PMN-MDSCs)和單細(xì)胞(M-MDSCs)亞型。MDSCs的存在是腫瘤進(jìn)展的基本特征之一。MDSCs發(fā)揮多種功能,影響T細(xì)胞、Treg細(xì)胞、DC細(xì)胞和NK細(xì)胞(圖10)。


目前,MDSC靶向治療大致可分為五種類型:(i) 抑制MDSCs擴(kuò)張和招募的療法;(ii) 恢復(fù)正常骨髓分化的療法;(iii) 針對MDSCs上IC分子的療法;(iv) 阻斷MDSCs分泌的抑制性分子的療法;(v) 直接耗盡MDSCs的療法。

圖10. MDSCs的功能

靶向B細(xì)胞:

腫瘤相關(guān)B細(xì)胞(TABs)。腫瘤環(huán)境中的B細(xì)胞具有促炎和抗炎功能,抗炎B細(xì)胞的豐富程度與黑色素瘤對ICB治療的耐藥性相關(guān)。TABs在腫瘤組織中的第三淋巴組織結(jié)構(gòu)(TILs)中富集,在那里它們可以被激活來識別癌細(xì)胞。腫瘤中TLSs中B細(xì)胞水平高的NSCLC患者更有可能對免疫治療產(chǎn)生良好反應(yīng)。


IDO是一種色氨酸代謝酶,可將色氨酸轉(zhuǎn)化為犬尿氨酸,并在多種類型的腫瘤中過度表達(dá)。腫瘤抑制基因BIN1對IDO的表達(dá)有負(fù)向調(diào)節(jié)作用。在小鼠模型中,BIN1的耗盡已被證實(shí)能誘導(dǎo)IDO的表達(dá)和對腫瘤的免疫抑制。IDO可以增強(qiáng)癌細(xì)胞的運(yùn)動能力,抑制腫瘤靶向T細(xì)胞的增殖和功能。IDO靶向藥物在臨床前模型中作為單藥顯示出療效,但與靶向CTLA-4或PD-1/PD-L1的ICB聯(lián)合使用可以更有效。目前主要有四種針對IDO的小分子抑制劑正在進(jìn)行臨床研究:indoximod、navoximod、epacadostat和BMS-986205。


IL-41可增強(qiáng)腫瘤的侵襲性,抑制抗腫瘤免疫。靶向IL-41可能是一種新的免疫治療途徑。


腺苷(Adenosine)是RNA合成的重要組成部分。然而,腺苷也被證明可以抑制T細(xì)胞在TME中的功能。


CD39是一種參與細(xì)胞外腺苷產(chǎn)生的酶,在各種人類腫瘤中高度表達(dá)。此外,TME中CD39表達(dá)水平升高的多種細(xì)胞類型包括血管內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和一些免疫細(xì)胞。CD39已被發(fā)現(xiàn)在多種免疫細(xì)胞中發(fā)揮重要作用。因此,CD39聯(lián)合ICB可能成為一種新的腫瘤免疫治療方式。

-09-

結(jié)論和展望
這篇文章介紹了腫瘤免疫治療的歷史,深入探討了癌癥免疫治療的不同策略(包括IC和刺激性分子靶向藥物、細(xì)胞免疫治療和抑制性TME靶向策略)。此外,作者還討論了與ICB和CAR-T治療的臨床療效相關(guān)的生物標(biāo)志物。

總之,腫瘤免疫學(xué)研究與免疫細(xì)胞的先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合,將為癌癥免疫治療的未來發(fā)展指明方向。腫瘤免疫治療的發(fā)展需要更多的臨床和基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的整合,從而能夠全面分析未滿足的臨床需求,進(jìn)而指導(dǎo)研究方向。


參考資料:
[1]Wang DR, Wu XL, Sun YL. Therapeutic targets and biomarkers of tumor immunotherapy: response versus non-response. Signal Transduct Target Ther. 2022 Sep 19;7(1):331. doi: 10.1038/s41392-022-01136-2. PMID: 36123348; PMCID: PMC9485144.

巨噬細(xì)胞,人類免疫系統(tǒng)的精靈

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