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媲美PD-1/PD-L1,CD24很可能是卵巢癌和乳腺癌的克星|Nature
时间:2019-09-05 15:48:19 来源:原创
摘要 :      以PD-1和PD-L1抗体为代表的肿瘤免疫疗法,给无数肿瘤患者带来了新的

  

  以PD-1和PD-L1抗体为代表的肿瘤免疫疗法,给无数肿瘤患者带来了新的希望,肿瘤成为慢性病已不再是奢望。然而PD-1抗体对实体瘤总应答率只有20%-30%,这是因为人体的免疫系统像孙悟空一般,PD-1抗体就是悟空的装备——火眼金睛,能够识别PD-1的伪装,实现精准追杀。但是肿瘤细胞正如妖怪一般,并非等闲之辈,它们有数不清的伪装,甚至伪装成自己人,火眼金睛都识别不了,检查不到,导致悟空无法灭妖。如果我们能找到敌人更多的特征检查点,让悟空有更多识妖装备,精准打击,就能实现肿瘤治疗的新突破!

  众所周知,卵巢癌和三阴性乳腺癌是女性最致命的疾病之一,目前仍缺乏靶向治疗和高应答的疗法。癌细胞能够通过表达“别吃我”信号蛋白,如CD47、PD-L1和B2M,来逃避巨噬细胞的清除。阻断"别吃我"信号蛋白,如PD-1(又名CD279)及其相关PD-L1(又名CD274,B7-H1),已经产生了众多明星治疗药物(PD-1药物:Keytruda和Opdivo,PD-L1药物:Tecentriq,Imfinzi和Bavencio),年总销售额已经超过百亿美元。然而,这些药物的治疗效果和持久性还有明显的不足之处,表明还存在额外的,目前还不知道的“别吃我”信号蛋白,让肿瘤细胞不断地逃出免疫系统“孙悟空”的追杀。

  近日,斯坦福大学干细胞和再生医学研究所主任Weissman教授,在Nature上发表题为“CD24 signalling through macrophage Siglec-10 is a target for cancer immunotherapy”的文章。论文提出CD24是卵巢癌和乳腺癌的主要天然免疫检查点,与PD-1机理类似并互补,是癌症免疫疗法很有希望的新靶标

  

  Weissman教授发现许多肿瘤,尤其是卵巢癌和乳腺癌,特异性高度表达CD24,并且肿瘤相关巨噬细胞(TAM)特异性表达高水平的Siglec-10,两者存在相互作用。采用CD24和Siglec-10基因敲除、单克隆抗体等研究方法,阻断CD24-Siglec-10间的相互作用,肿瘤细胞生长减缓,与巨噬细胞吞噬能力呈依赖性正相关,且实验对象的存活时间延长,强力证明了CD24是一种重要的抗吞噬信号蛋白,具备逃脱“孙悟空”免疫吞噬的能力,展示了CD24抗体作为癌症免疫新疗法的治疗潜力,可能媲美PD-1抗体

  

  第一部分 CD24和Siglec-10是什么?有什么样的相互作用?

  1.1 CD24是什么?

  信号传导分子CD24也称为分化簇24,或热稳定抗原CD24,是一种重要的糖基磷脂酰肌醇锚定的膜蛋白。

  1.2 CD24主要在肿瘤细胞中特异性表达吗?

  文章分析了TCGA和TARGET的RNA基因数据库,发现在20多种肿瘤类型中,绝大多数肿瘤细胞均高度表达CD24,尤以卵巢癌为最,表达量超过9倍。另外,三阴性乳腺癌(TNBC)中CD24表达显著高于健康乳腺细胞或雌激素和孕激素受体阳性(ER + PR +)乳腺癌细胞。CD24在正常细胞中低表达,仅在B细胞中表达较高。

  

  图1. CD24在卵巢癌(OV)和乳腺癌(BRCA)中高度表达

  

  图2. 与正常细胞相比,OV和BRCA患者肿瘤细胞CD24高度表达

  

  图3. x轴为三阴性乳腺癌TNBC患者正常和肿瘤细胞,y轴为基因表达图谱,顶部为细胞类型。由上图可见, CD24在肿瘤细胞中强烈表达,而其他正常细胞中弱表达

  1.3 CD24高表达的肿瘤患者更难治疗吗?

  一千多例患者统计数据表明,CD24高表达的卵巢癌患者,她们的生存时间明显降低,低表达的乳腺癌患者的总生存率更具优势。

  

  图4.卵巢癌和乳腺癌患者的生存率与CD24的关系

  1.4 CD24与PD-L1治疗的肿瘤疾病谱可能互补吗?

  研究发现,在三阴性乳腺癌(TNBC)患者中,CD24表达显著高于PD-L1,这表明CD24很可能对PD-1/PD-L1低应答的TNBC肿瘤患者更有治疗效果。

  

  图5. 6例TNBC患者肿瘤细胞CD24和PD-L1的分布情况

  由上可见, CD24在卵巢癌和乳腺癌特异性高度表达,远远高于PD-L1,在正常细胞中存在较少,仅在B细胞中较高表达,是一种肿瘤特异性标记物,符合作为免疫检查点抑制剂的靶标。由于在正常B细胞中较高表达,其成药性方面尚有担忧。别急,Weissman教授这些都考虑到了,容下文细细分解。

  前文说到CD24,现在开始了解它的配体搭档兄弟Siglec-10了。这对CD24/Siglec-10的肿瘤免疫逃逸组合,能和神级经典的PD-1/PD-L1相提并论么?

  1.5 Siglec-10是什么?

  Siglec-10,sialic-acid-binding Ig-like lectin10,是唾液酸结合免疫球蛋白型凝集素,是一种糖蛋白或结合糖的蛋白,具有“亲合”特性。

  1.6 Siglec-10只在巨噬细胞上表达吗?

  研究发现,在卵巢癌和乳腺癌的肿瘤相关巨噬细胞(TAM)中,特异性高度表达Siglec-10。在正常腹膜巨噬细胞中低表达。

  

  图6. 卵巢癌和乳腺癌的肿瘤相关巨噬细胞(TAM)高表达Siglec-10

  

  图7. 正常腹膜巨噬细胞低表达Siglec-10

  前文比较完整地了解了CD24和Siglec-10的来龙去脉,现在开始步入正题啦!

  1.7 CD24/Siglec-10之间有什么样的信号通路?阻断后会有治疗肿瘤的作用吗?

  

  图8. CD24单抗阻断CD24-Siglec-10相互作用,促进巨噬细胞吞噬肿瘤细胞的示意图

  肿瘤相关巨噬细胞(TAM)上的Siglec-10与肿瘤细胞上的CD24结合,导致Siglec-10的细胞质结构域中的两个基于免疫受体酪氨酸的抑制基序的磷酸化以及随后由SHP-1和SHP-2磷酸酶介导的抗炎、抗吞噬信号级联效应,强大的巨噬细胞被欺骗了,误认为有CD24的肿瘤细胞是“友军”,肿瘤细胞逃逸成功!在加入CD24单抗后,巨噬细胞不再被欺骗,破除肿瘤细胞逃逸障眼法,全力吞噬肿瘤细胞,总是被“妖怪”和“妖怪后台”压制的“孙悟空”,终于可以暴走啦!

  1.8 第一部分小结

  CD24在肿瘤细胞中高表达,尤其反应在卵巢癌和三阴性乳腺癌中,Siglec-10在肿瘤相关巨噬细胞(TAM)中高表达。二者除了在B细胞有表达外,在其它正常细胞中低表达。基于这些特点,阻断CD24-Siglec-10信号组合,很可能在肿瘤微环境中能达到免疫正常化效果,而不增强整体免疫反应。

  说得再好如果只是纸上谈兵,也是无济于事。阻断CD24-Siglec-10信号组合,在体外、体内活性研究中,到底有没有效果?科学是严肃的,药物是治病求人的,病人们正在企盼着新的生存希望。咱们猎药人,目标是做出能治病救人又低毒的药品,这个靶点的成药性又会怎样呢?且听下文分解。

  第二部分 体外实验,真能抗肿瘤吗?

  2.1 CD24基因敲除,能提升巨噬细胞吞噬能力吗?

  野生型或CD24基因敲除(ΔCD24)细胞,分别与表达Siglec-10的巨噬细胞培养。结果显示,与野生型细胞相比,CD24基因敲除(ΔCD24)细胞更容易被巨噬细胞吞噬和降解。

  

  图9. CD24野生型和基因敲除型与巨噬细胞共培养实验,采用乳腺癌MCF-7细胞,红色表示被吞噬的细胞。

  2.2 作为靶点,CD24单抗的免疫效应是剂量依赖性的吗?

  答案是肯定的,没有剂量依赖性,不能爬坡,都不好意思说自己是靶点。

  

  图10.CD24单抗对乳腺癌(MCF-7)细胞吞噬作用的剂量-效应关系(x轴为CD24单抗浓度)。

  CD24野生型和基因敲除型肿瘤MCF-7细胞,用IgG免疫球蛋白和CD47单克隆抗体处理,发现CD47单克隆能协同放大CD24基因敲除导致的吞噬能力提升,表明CD24和CD47的单抗有协同作用,或可用于联合用药的研发。果然是Nature,一个小小的细节,都是一个巨大的机会!联合用药的机会!

  

  图11. 用IgG和CD47单抗处理的CD24野生型和基因敲除型肿瘤MCF-7细胞

  CD24单克隆抗体增强了巨噬细胞的吞噬作用,包括乳腺癌(MCF-7)、胰腺癌(Panc1)、胰腺神经内分泌肿瘤(APL1)和小细胞肺癌(NCI-H82),并且在CD24阴性的U-87 MG细胞中,没有观察到巨噬细胞吞噬能力的变化。CD24单抗和CD47单抗联合用药,可以明显提升巨噬细胞吞噬效果。小编再次感知到了巨大的机会,此处有没有脑中小灯泡一亮,BINGO!备受启发呢?

  

  图12. CD24阳性和阴性的细胞用CD24单抗、CD47单抗及联合用药吞噬效应图

  2.3 Siglec-10基因敲除能提升巨噬细胞活力吗?

  Siglec-10敲除的巨噬细胞表现出比对照组巨噬细胞更高的吞噬能力。

  

  图13. Siglec-10基因敲除(KO)组和Cas9对照组巨噬细胞的吞噬活力比较

  2.4 Siglec-10单克隆抗体(mAb)能增强巨噬细胞的吞噬作用吗?

  研究发现,Siglec-10单克隆抗体(mAb)也可以通过阻断CD24-Siglec-10信号传导,增强巨噬细胞的吞噬作用。随意挥洒之间,又是一个新靶点的机会!

  

  图14. Siglec-10单抗和IgG对照组巨噬细胞的吞噬活力比较

  2.5 第二部分小结

  Weissman教授通过基因敲除技术和单克隆抗体技术,全面完整地用在CD24和Siglec-10研究上,研究工作极为深入、细致、系统,强力证明了在体外,阻断CD24和Siglec-10,是可以提升肿瘤相关巨噬细胞活力的!

  那体内活性情况会怎样呢?让我们拭目以待吧!想想病人将因此受益,特别激动。救人性命,胜造七级浮屠,特别佩服做出新药的科学家,造就“神药”的“神人”科学家们,这可是“成神”的路径啊!

  第三部分 小鼠体内实验,真能抗肿瘤吗?

  3.1 CD24基因敲除小鼠的肿瘤细胞,更容易被吞噬吗?

  Weissman把MCF-7野生型和MCF-7(CD24基因敲除)肿瘤细胞植入NSG小鼠进行了实验。数周后,Weissman观察到与野生型肿瘤相比,CD24基因敲除小鼠肿瘤的生长显著减少。

  

  图15. CD24野生型WT和基因敲除Δ接种乳腺癌MCF-7的NSG小鼠肿瘤生长情况

  3.2 CD24单抗,可以治疗小鼠肿瘤吗?

  Weissman用CD24单克隆抗体处理乳腺癌MCF-7野生型肿瘤细胞的NSG小鼠。与IgG处理的对照组相比,CD24单抗治疗的小鼠肿瘤生长显著减少。

  

  图16. 用IgG对照给药,CD24单克隆抗体处理的MCF-7肿瘤小鼠,第33天肿瘤的代表性生物发光图像

  3.3 第三部分小结

  综上所述,通过体外和小鼠体内试验,基因敲除或单克隆抗体方式阻断CD24-Siglec-10信号通路,这都可以让肿瘤相关巨噬细胞(TAM)的吞噬能力恢复正常,让巨噬细胞不再被蒙蔽眼睛,而是具备了火眼金睛,癌细胞无所遁形,快速灭杀。

  第四部分 CD24/Siglec-10抗体的成药性

  文章看到这里,大家想必已经看到这对CD24/Siglec-10兄弟组合的威力了吧!能不能堪比PD-1/PD-L1,实在让人期待啊!但能不能成药,还要有更多数据支撑。

  4.1 CD24单抗的成药性如何?

  前文有提到过,CD24/Siglec-10在B细胞上均有表达,CD24还在B细胞上表达较高,这让人们会担心CD24mAb治疗对人的潜在的脱靶效应,很可能导致B细胞的消耗,从而产生毒性。实际上,你的担忧是可能的。用CD24mAb处理后,确实观察到了健康B细胞被吞噬清除。

  

  
图17. CD24单抗处理健康人的B细胞的效果

  但作者发现,与CD47mAb不同,CD24mAb与人体红细胞没有检测到任何结合。

  

  图18. CD24和CD47单抗与人体红细胞(RBC)结合实验

  由上可见,CD24在安全性上,还是略有担忧,但不管如何,现在的状况还是相当不错,很有潜力成药哦,毕竟没有哪个药是完全没有不良反应的。

  细心的读者还会问,说了这么多CD24,那么Siglec-10的单抗有没有成药性呢?

  4.2 Siglec-10单抗的成药性如何?

  对外周血单个核细胞亚群的分析显示,在T细胞、自然杀伤细胞和单核细胞中Siglec-10的表达低,而B细胞被发现表达适度水平的Siglec-10。文章作者没有多提Siglec-10单抗研究情况,这个留待读者们作为兴趣再去调研吧。透露一下,Siglec-10的另外一个配体CD52,是治疗性单克隆抗体阿仑单抗Alemtuzumab的靶标,治疗慢性B细胞淋巴细胞白血病或复发形式的多发性硬化症。

  结语

  CD24是一种有效的抗吞噬信号蛋白,“别吃我”信号能够保护癌细胞免受巨噬细胞的攻击。阻断CD24/Siglec-10信号传导的CD24单克隆抗体,实验强有力地证明了可以避免肿瘤细胞逃逸,令免疫正常化,这表明CD24抗体的巨大应用前景。PD-L1/PD-1免疫疗法,与其他癌症相比,对卵巢癌和乳腺癌的治疗反应都较弱,我们非常需要一种替代策略来实现对这类肿瘤的治疗。卵巢癌和乳腺癌细胞中PD-L1低表达,恰巧CD24在这些肿瘤细胞中高表达,这意味着CD24可能是与PD-L1疾病谱互补的免疫检查点,极有可能PD-L1无效的领域,CD24反而能展现更佳疗效,在未来免疫疗法中将非常有吸引力,值得我们猎药人持续关注。也请持续关注鹰谷公众号“鹰谷说靶”栏目,我们将陆续推出新靶点科普文章,帮助更多人了解创新药最核心地带:新药方向的选择。

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