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癌细胞的伪装术穿上马甲后,它们就能躲过巨 [复制链接]

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图片来自sm.stanford.edu

唐元和年间,唐宪宗决心讨伐淮西节度使吴元济,削平藩镇复兴大唐。公元年十月初十,风雪交加,李愬夜间调动唐*敢死队三千人,身着白衣和茫茫大雪融为一体(民间传说待考证),并搅和城外池塘引得鹅鸭叫唤混淆视听,“愬至城下,无一人知者”,成功一举攻占吴元济的老巢蔡州城,由此便有了后人传颂的《李愬雪夜入蔡州》。这是中国历史上一次著名的乔装奇袭取得胜利的战役。说起乔装打扮的“伪装术”,动物界也玩得炉火纯青。如卡利玛·伊纳库斯蝴蝶便是印度和日本发现的一种若虫蝴蝶,当它的翅膀紧闭时如同一片枯*树叶,还原度几近百分之百。伪装术竞技中肿瘤细胞也不甘示弱,本文来聊聊肿瘤细胞披上“别吃我”马甲,如何在巨噬细胞眼皮底下装成“良民”招摇过市。如果读完本文意犹未尽,此系列还有三篇癌症科普文章:“癌细胞也能玩“特洛伊木马计”,靠的是什么?”、“癌细胞胃口这么好,如何釜底抽薪“饿死”它们?”以及“在肿瘤治疗领域,为何它是半路杀出的黑马?”撰文

丁零(生物化学博士)责编

李珊珊、叶水送

癌细胞披上“别吃我”马甲,能骗过巨噬细胞

近年来,肿瘤免疫疗法快速晋升为生物医药圈的流量明星,多种PD-1抑制剂及CAR-T疗法以“后浪拍前浪”之势,冲击着传统疗法。免疫疗法简单来说是组建免疫细胞部队,通过各种培训后解锁其抗肿瘤技能,冲锋陷阵和癌细胞进行斗争。

免疫细胞有两个支部,先天(Innate)免疫和适应性(Adaptive)免疫。

图一:适应性免疫系统成员;图片来源:EngineeringtheImmuneSystem(ChristopherS.BondLifeSciencesCenter)。

适应性免疫的王牌部队“杀手T细胞”无疑是得力的精兵强将,有着“狠、准、久”主力*特性。在PD-1抑制剂等装备神助攻下,“杀手T细胞”敏锐发现癌细胞并使用“穿孔素”等“化骨散”,果决地将敌*一网打尽。

虽“杀手T细胞”战果累累,但部分高冷实体瘤(coldtumor)却执意将它们挡在护城河外。隔岸观火的“杀手T细胞”心有余而力不足,于是免疫*营的将领们便商量着重用巨噬细胞这个看似佛性,出手起来也毫不留情的“先锋兵”。

巨噬细胞的英文名为Macrophage,希腊语里“Macro”是“大”的意思,Phage是“吃“的意思。人如其名,在人体内巡逻时,巨噬细胞如果遇到病原体和癌细胞等异*部队,就以简单粗暴的方法把它直接吃掉,这个过程就叫做“吞噬作用”(phagocytosis),风格和上世纪风靡的“吃豆人”游戏有点类似。

图二:吞噬作用示意图;图片来源:KhanAcademy。

巨噬细胞对癌细胞杀伤力没有T细胞那么强悍,但在某些肿瘤组织中巨噬细胞占到了肿瘤总重量的一半[1],理论上来说凭“人海战术”也能把癌细胞“吃”得个落花流水。然而,奇怪的是,部分巨噬细胞不但玩忽职守对癌细胞视而不见,还为其献上生长因子这种精品养分。

为了调查巨噬细胞是另有苦衷还是做锤失职的罪行,科学家们进行了几十年的探索,才找出巨噬细胞叛变的始作俑者CD47。

CD47是何方神圣?早在年,HattieGresham团队就发现了CD47[2]。时隔近二十年,斯坦福大学的Weissman教授十年磨一剑和CD47死磕打底,在年《细胞》杂志上刊登文章证据确凿地讨伐CD47,指出其就是迷惑巨噬细胞的头号嫌疑犯[3]。

具体来讲,巨噬细胞有一个名为“SIRPα”的扫描神器,扫到访客身上有CD47便会出现“绿码”表示安全,于是SIRPα扫描仪得以激活并启动抑制吞噬程序。

肿瘤细胞识破了巨噬细胞的工作流程,便机智地套上CD47马甲。憨厚的巨噬细胞巡逻时遇到癌细胞,在CD47马甲的迷惑下,误当成自己人,不但友好放行还热心肠地提供各种便利。

图三:“别吃我”信号CD47和吞噬作用的关系;图片来源:FrontOncol.Jan29;5:7.。

上述研究发现是在动物体内完成,CD47在人体内究竟有没有现实作用?

Weissman教授继续深耕,发现卵巢癌(OvarianCancer)、神经胶质瘤(Glioma)和胶质母细胞瘤(Glioblastoma)等患者的存活时间和CD47多少息息相关[4],间接肯定了CD47的重要性。

图四:CD47mRNA水平和实体瘤预后的关联;图片来源:NatRevCancer,.19(10):p..。

拯救“迷途”的巨噬细胞

既然巨噬细胞得以沉冤昭雪,科学家又该如何帮助巨噬细胞摆脱癌细胞的操控,使其重新发挥抗癌作用?最简单的办法就是阻止CD47-SIRPα配对,于是靶向CD47/SIRPα的药物应运而生。

CD47/SIRPα特异性抗体等药物可解锁巨噬细胞对癌细胞的吞噬功能,破解“别吃我”迷魂阵,备受专家们吹捧,CD47也顺利成为后PD-(L)1时代肿瘤免疫最重要的明星靶点之一。

图五:SIRPα-CD47免疫检查点对吞噬作用的调节;图片来源:JClinOncol,.37(12):p.-。

除了促进吞噬作用,科学家通过各种“缺胳膊短腿”抗体的设计和试验,惊喜地发现CD47/SIRPα抗体还有“一石多鸟”的功效。

图六:SIRPα-CD47抗体;图片来源:TrendsImmunol,.39(3):p.-。

一个完整的CD47抗体体型和大力水手类似,有着大而健硕的“Fab胳膊”用来抱住SIRPα,以及稍显苗条的“Fc腿”。既然CD47抗体是靠“Fab胳膊”和SIRPα勾搭,进而帮助癌细胞逃逸追捕,那“Fc腿”应该无关紧要?有意思的是,缺少“Fc腿”的抗体竟然无法有效消灭肿瘤细胞[5]。进一步试验证明,“Fc腿”本身也有促进吞噬作用的技能。

此外,CD47抗体还能协助树突细胞将抗原呈递给T细胞,召集T细胞过来帮忙,齐心协力对付癌细胞;也可以直接激活肿瘤细胞凋亡途径,诱导肿瘤细胞群体性“自杀”[6]。

图七:靶向CD47的四个作用机理;图片来源:CritRevOncolHematol.Aug;:.。

是骡子是马拉出来遛遛,是时候拿数据说话了。

年年初,还是这位斯坦福的老先生Weissman教授,野心勃勃选取了五种恶性儿童脑瘤进行CD47抗体测试。这五种儿童脑瘤可是肿瘤界的大恶霸,极具致命性和杀伤力,一旦被盯上几乎等同于死亡判决。

不过一物降一物,老先生惊喜地发现CD47抗体Hu5F9-G4确实可以抑制这五种儿童脑瘤的生长:神经胶质瘤小鼠本21天左右就一命呜呼,注射高剂量Hu5F9-G4后竟活了38天[7]。

图八:CD47抗体在具有免疫能力的C57BL/6宿主中抑制肿瘤生长;图片来源:SciTranslMed,.9()。

动物数据这么给力,Weissman教授团队于是一鼓作气启动人体临床的探究。两名患有透明细胞卵巢癌和输卵管癌的患者经过治疗后,肿瘤分别小了50%和44%[8]。

图九:(A)透明细胞卵巢癌患者和(B)输卵管癌患者中观察到了CD47抗体疗效;图片来源:JClinOncol,.37(12):p.-。

癌细胞的“伪装术”这么轻而易举就破解了?看到这,细心的读者可能意识到一个破绽:癌细胞处心积虑披上CD47马甲是为了乔装打扮成“自己人”,不被巨噬细胞吃掉。用CD47抗体破坏癌细胞CD47的同时,如假包换的“自己人”是不是也会被连累?

很多正常细胞确实也穿着CD47这个“别吃我”马甲,但癌细胞还得瑟得插了一些“吃我”的信号旗帜(如钙网蛋白)。巨噬细胞在哈姆雷特式toeatornottoeat的思索中,悟出最佳解决方案是运用东方哲学的精髓,找到“吃我”和“别吃我”信号之间的平衡,所以大部分健康细胞哪怕没了“别吃我”马甲,得益于“吃我”信号的缺失也可躲过一劫。

棘手的是,人类重要的朋友红细胞也有“吃我”信号,这意味着靶向CD47药物在杀伤肿瘤细胞同时会不可避免误伤红细胞。事实上,有两个临床试验因为发现患者红细胞下降情况而被叫停。

兵来将挡,水来土掩。借鉴失败经验,科学家开启了CD47抗体2.0升级版本的探索,摸索出三个主要对策:

海选只识别癌细胞CD47的抗体红细胞是两侧凹形,肿瘤细胞是球状,身材不同在挑选CD47马甲的时候自然品味各异,也就是说肿瘤细胞和红细胞表面的CD47其实款式不尽相同,理论上来说完全可以找出只破坏肿瘤细胞CD47的抗体。在所有CD47抗体海选的主办方中,天境生物是绝对佼佼者。利用全人源抗体文库和噬菌体展示技术,天境生物另辟蹊径通过反向筛选最终获得了CD47单抗冠*选手TJC4。与其他CD47抗体不同,TJC4能识别肿瘤细胞CD47独特标记,而该标记在红细胞上由于糖基化修饰不能充分暴露,因此TJC4对红细胞的结合力微弱。TJC4临床一期初步结果显示单注射给药从1mg/kg至30mg/kg剂量范围内患者都未发生严重的血液学不良事件。天境生物也凭借TJC4这个种子选手,获得了艾伯维29亿美元的赞助费用。抗体再改造和海选并行开展还有抗体再改造。如果挑不到合适的,花功夫包装二类选手也不失为一捷径。TrilliumTherapeutics全新打造的TTI-就是人SIRPα的N端V结构域与人IgG1Fc区融合构成的抗体融合蛋白,数据显示可最大限度减少与红细胞的结合,从而将贫血降至最低。图十:TTI-和红细胞的结合;图片来源:Trillium公司
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