“我們希望Siglec-15會(huì)是一系列免疫治療新靶點(diǎn)中的第一個(gè)，來(lái)幫助那些對(duì)當(dāng)前免疫治療無(wú)反應(yīng)的腫瘤患者”。——陳列平教授
陳列平教授簽名照。圖片由周學(xué)迅先生提供
2018年10月份陳列平教授在 Cell 上發(fā)表了一篇題為A Paradigm Shift in Cancer Immunotherapy: From Enhancement to Normalization的綜述，提出并強(qiáng)調(diào)了“免疫正常化”的概念。
文章指出，近年來(lái)，腫瘤免疫治療經(jīng)歷了一個(gè)范式轉(zhuǎn)變，從系統(tǒng)性提高免疫反應(yīng)活性的免疫增強(qiáng)（immune enhancement）轉(zhuǎn)變到選擇性糾正腫瘤微環(huán)境中免疫缺陷的免疫正常化（immune normalization）。免疫正常化的概念強(qiáng)調(diào)了在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中識(shí)別免疫反應(yīng)的特定缺陷或功能異常的重要性，并制定特定策略糾正這些缺陷，以恢復(fù)體內(nèi)正常的抗腫瘤免疫能力。免疫正常化通過(guò)解除受阻斷的免疫反應(yīng)來(lái)增加體內(nèi)抗腫瘤反應(yīng)，而免疫增強(qiáng)的目的是激活免疫系統(tǒng)來(lái)提高抗腫瘤反應(yīng)。我們可以將免疫反應(yīng)過(guò)程看作是一條有水流的管道。在這種情況下，正常的免疫反應(yīng)就是管道有正常通暢的水流。如果管道堵塞，水流將受到影響，管道將無(wú)法充分排水。在這種情況下，“增強(qiáng)”策略可以解釋為增加管道內(nèi)壓力，以克服排水不足，但如果管內(nèi)壓力增加太多，則會(huì)有破壞管道的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。相反，“正常化”策略則會(huì)通過(guò)識(shí)別并解除阻塞以恢復(fù)正常引流，且不會(huì)危及管壁（圖1）。
圖1 “免疫正常化”VS“免疫增強(qiáng)”
那如何識(shí)別找到“水流中的阻塞”，即免疫正常化策略中的靶標(biāo)呢？
陳列平教授提出了三點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)：（1）該靶標(biāo)是由于腫瘤的生長(zhǎng)和/或隨后的免疫監(jiān)視而誘導(dǎo)的；（2）其在腫瘤微環(huán)境中選擇性高表達(dá)而正常組織中有較低的表達(dá)量；（3）其能夠引起免疫逃避，并且操縱其可以重置或重編程腫瘤微環(huán)境中的抗腫瘤免疫。有了這些特點(diǎn)，腫瘤免疫療法可以避免過(guò)度的自身免疫毒性而取得相當(dāng)大的治療效果。陳列平教授團(tuán)隊(duì)使用這一嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)鑒定新的免疫調(diào)節(jié)分子，特別是在B7-H1（PD-L1）陰性的腫瘤中，找到了不少免疫治療新靶標(biāo)。2018年12月，其團(tuán)隊(duì)就曾在Cell上發(fā)表題為Fibrinogen-like Protein 1 Is a Major Immune Inhibitory Ligand of LAG-3的論文，證明了纖維介素蛋白1(Fibrinogen-like protein 1, FGL1)是LAG-3的一個(gè)重要的功能性配體，并揭示了該LAG-3-FGL1通路在腫瘤免疫中的作用（詳見(jiàn)BioArt：Cell亮點(diǎn)丨陳列平團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)腫瘤免疫逃逸新通路）。
2019年3月4，耶魯大學(xué)陳列平教授團(tuán)隊(duì)（第一作者為王俊博士和孫靜瑋博士）在Nature Medicine上發(fā)表題為Siglec-15 as an immune suppressor and potential target for normalization cancer immunotherapy的文章，鑒定并證明了又一個(gè)分子——Siglec-15是一免疫抑制分子，并可作為正常化免疫治療的潛在靶標(biāo)。
該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)高通量功能篩選系統(tǒng)（genome-scale T cell activity array, TCAA），以在體外識(shí)別調(diào)節(jié)T細(xì)胞活性的細(xì)胞表面分子（圖2）。
圖2 TCAA篩選系統(tǒng)圖示
TCAA包含超過(guò)6500個(gè)人類基因，編碼人類基因組中超過(guò)90%的跨膜蛋白，單個(gè)基因在陣列中短暫表達(dá)。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于293T細(xì)胞的人工抗原呈遞細(xì)胞系（aAPC），該細(xì)胞系表達(dá)一種用于T細(xì)胞受體激活的膜相關(guān)抗人CD3（OKT3）單鏈可變片段（scFv），以及一些跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因（DAP10、DAP12、FCER1G和CD3Z）以促進(jìn)膜蛋白表達(dá)【1】。研究者使用Jurkat T細(xì)胞來(lái)檢測(cè)靶基因的功能及其對(duì)T細(xì)胞活性的影響，Jurkat T細(xì)胞中穩(wěn)定表達(dá)了一個(gè)由NF-κB或NFAT反應(yīng)元件驅(qū)動(dòng)的綠色熒光蛋白（green fluorescence protein, GFP）報(bào)告基因。這樣通過(guò)與空白對(duì)照組對(duì)比，就可以利用GFP信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)鑒定aAPC上表達(dá)的膜蛋白對(duì)T細(xì)胞活性的影響。持續(xù)抑制或增強(qiáng)GFP信號(hào)的基因在多輪TCAA篩選后被選擇，隨后在體內(nèi)和體外進(jìn)行綜合分析。在這些候選基因中，一些是已經(jīng)被報(bào)道的共刺激分子（B7-1, B7-2, CD200, CD70），凋亡相關(guān)基因（FASL, TRAIL, GZMB）或共抑制分子（KLRD1, BTN3A3等等），這也驗(yàn)證了TCAA系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
通過(guò)TCAA系統(tǒng)篩選，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Siglec-15可持續(xù)地抑制T細(xì)胞活性，并有可能滿足正常化免疫治療的主要特征【2】，因此被選擇以進(jìn)行后續(xù)研究。Siglec-15是一個(gè)唾液酸結(jié)合性免疫球蛋白樣凝集素家族（Siglec family）基因，編碼一個(gè)非常短的胞外結(jié)構(gòu)域（ECD）【3】。蛋白質(zhì)序列分析顯示，Siglec-15 ECD包含一個(gè)免疫球蛋白可變區(qū)（IgV）和一個(gè)2型恒定區(qū)（IgC2），與B7基因家族具有30%以上的相似性。這些數(shù)據(jù)表明，Siglec-15與B7基因家族關(guān)系密切，可能與B7家族成員共享免疫調(diào)節(jié)功能。
隨后研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)正常人體組織和各種免疫細(xì)胞亞群中Siglec-15mRNA的表達(dá)很少，但可以在巨噬細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)Siglec-15在小鼠CD11b + F4/80 +外周巨噬細(xì)胞，新鮮骨髓來(lái)源的CD11b + Gr-1 +髓系細(xì)胞和骨髓來(lái)源的CD11b + F4/80 +巨噬細(xì)胞（BMDMs）中有低水平的表達(dá)量，但在其他淋巴細(xì)胞和髓系細(xì)胞亞群中未檢測(cè)到其表達(dá)。利用Siglec-15全身基因敲除小鼠以及在巨噬細(xì)胞中條件性敲除Siglec-15小鼠模型，研究人員發(fā)現(xiàn)Siglec-15基因敲出并不會(huì)導(dǎo)致小鼠自身免疫疾病或其他癥狀，之后進(jìn)行一系列體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)，證明了巨噬細(xì)胞/髓系來(lái)源的Siglec-15可以通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)來(lái)抑制抗原特異性T細(xì)胞的免疫應(yīng)答。
然后，通過(guò)TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)的Meta分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在人多種腫瘤中，Siglec-15mRNA表達(dá)量都上調(diào)。在241個(gè)人非小細(xì)胞肺癌NSCLC樣本中，通過(guò)免疫組化分析，研究人員發(fā)現(xiàn)Siglec-15可以在腫瘤相關(guān)的基質(zhì)細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞，以及腫瘤浸潤(rùn)的巨噬/髓系細(xì)胞上檢測(cè)到。同時(shí)發(fā)現(xiàn)B7-H1（PD-L1）和Siglec-15表達(dá)之間沒(méi)有相關(guān)性（r=0.035，p=0.60），只有7/218（3.2%）的病例兩個(gè)標(biāo)志物均為陽(yáng)性。
最后，研究人員利用小鼠腫瘤模型進(jìn)一步證明了Siglec-15是腫瘤免疫治療正常化策略的潛在候選者。研究人員將B16-GMCSF腫瘤細(xì)胞接種到Siglec-15基因敲除小鼠體內(nèi)，與野生型小鼠相比腫瘤生長(zhǎng)緩慢，基因敲除小鼠生存期延長(zhǎng)，同時(shí)基因敲除小鼠腫瘤中CD8+T細(xì)胞，NK細(xì)胞的浸潤(rùn)也增多。此外，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了抗Siglec-15單克隆抗體α-S15，將其用在多種小鼠腫瘤模型，發(fā)現(xiàn)其的確可以阻斷巨噬/髓系細(xì)胞來(lái)源的Siglec-15的免疫抑制作用來(lái)提高體內(nèi)抗腫瘤免疫反應(yīng)。
總之，本文鑒定并證明了Siglec-15是一免疫抑制分子，并可作為腫瘤免疫治療正常化策略的潛在候選者。值得一提的是，文章也表明，目前測(cè)試人源化Siglec-15單克隆抗體（NC318）對(duì)人實(shí)體腫瘤影響的一期臨床試驗(yàn)（NC03665285）正在進(jìn)行。
針對(duì)該項(xiàng)研究，陳教授簡(jiǎn)要總結(jié)了該發(fā)現(xiàn)以及意義。他表示：
“Siglec-15是一新的免疫調(diào)節(jié)靶點(diǎn)，在腫瘤微環(huán)境能抑制免疫反應(yīng)。Siglec-15在腫瘤微環(huán)境中的M2型巨噬細(xì)胞以及在包括肺癌、卵巢癌和頭頸癌等在內(nèi)多種人體腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)，且其表達(dá)與B7-H1（PD-L1）是互斥的。實(shí)驗(yàn)證明，Siglec-15在體外和體內(nèi)都能抑制抗原特異性T細(xì)胞反應(yīng)。Siglec-15是B7-H1（PD-L1）陰性腫瘤（抗PD治療對(duì)其無(wú)效）中的主要免疫抑制因子。我們希望Siglec-15會(huì)是一系列免疫治療新靶點(diǎn)中的第一個(gè)，來(lái)幫助那些對(duì)當(dāng)前免疫治療無(wú)反應(yīng)的腫瘤患者。我們研究表明，Siglec-15敲除小鼠沒(méi)有發(fā)生自身免疫病或其他疾病，這表明，Siglec-15的阻斷在正常細(xì)胞上并不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用。NC318，是第一個(gè)阻斷Siglec-15免疫抑制性的新藥，對(duì)NC318的1/2期臨床試驗(yàn)也正在進(jìn)行。”
原文如下：
“Siglec-15 (S15) is a novel immunomodulatory target and was identified as an immune suppressor in the tumor microenvironment (TME).S15 is upregulated on M2 macrophages in the TME and human cancer cells including lung, ovarian and head and neck cancers.S15 suppresses antigen-specific T cell responses in vitro and in vivo.S15 expression is mutually exclusive to B7-H1 (PD-L1), partially due to its induction by macrophage colony-stimulating factor and downregulation by IFN-γ.S15 is a major immune suppressor in B7-H1- (PD-L1-) negative tumors, which are resistant to currently approved anti-PD therapies.We hope S15 will be the first in a series of novel targets for immunomedicines to help patients not responding to current immunotherapy drugs.Studies showed that S15 knock-out mice did not develop autoimmune or other diseases, suggesting that S15 inhibition may not be associated with adverse effects on normal cells.
In preclinical research, it was observed that S15 promoted the survival and differentiation of suppressive myeloid cells and negatively regulated T cell function, allowing cancer to avoid immune destruction.NC318, a first-in-class immunomedicine against S15, blocked the negative effects of S15.A first-in-human Phase 1/2 clinical trial is ongoing for NC318.”
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41591-019-0374-x
參考文獻(xiàn)
1. Wang, J., et al., Fibrinogen-like Protein 1 Is a Major Immune Inhibitory Ligand of LAG-3. Cell, 2019. 176(1-2): p. 334-347.e12.
2. Sanmamed, M.F. and L. Chen, A. Paradigm Shift in Cancer Immunotherapy: From Enhancement to Normalization. Cell, 2018. 175(2): p. 313-326.
3. Angata, T., et al., Siglec-15: an immune system Siglec conserved throughout vertebrate evolution.Glycobiology, 2007. 17(8): p. 838-46.
——轉(zhuǎn)自BioArt
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