SCIENCE 和 SCI TRANSL MED：第一期刊齐发文——迷途的巨噬细胞终于被科学家拯救，成为癌症免疫治疗悍将
2017-05-15 佚名 奇点网
巨噬细胞，作为固有免疫的重要组成部分，通常扮演抵御病原体入侵的“排头兵”和激活适应性免疫的“通信兵”。但是，在肿瘤环境中，它却禁不住肿瘤细胞释放的一些信号分子的“诱惑”，变成了“叛军”：它不仅阻止T细胞等攻击肿瘤细胞，还会分泌生长因子滋养肿瘤细胞，促进肿瘤血管的生成，导致肿瘤细胞转移扩散。据统计，巨噬细胞可占肿瘤总重量的一半！
巨噬细胞，作为固有免疫的重要组成部分，通常扮演抵御病原体入侵的“排头兵”和激活适应性免疫的“通信兵”。但是，在肿瘤环境中，它却禁不住肿瘤细胞释放的一些信号分子的“诱惑”，变成了“叛军”：它不仅阻止T细胞等攻击肿瘤细胞，还会分泌生长因子滋养肿瘤细胞，促进肿瘤血管的生成，导致肿瘤细胞转移扩散[1]。据统计，巨噬细胞可占肿瘤总重量的一半[2]！面对如此众多的 “叛变”巨噬细胞，有没有方法改变肿瘤环境，对巨噬细胞进行“再教育”，使其“洗心革面”，重新发挥抗癌作用呢？
近日，两名女科学家的研究成果给出了答案：Jennifer Guerriero利用一种酶抑制剂、Sharareh Gholamin利用一种抗体，殊途同归，对巨噬细胞进行了“再教育”，使其再次发挥抗癌作用，在小鼠模型中，肿瘤生长变慢或消退并不再转移！她们的研究成果分别发表在《自然》[3]、《科学 转化医学》[4]上。
左为Jennifer Guerriero，右为Sharareh Gholamin
Guerriero来自达纳法伯癌症中心，她和其他研究人员利用一种名叫TMP195的酶抑制剂，在乳腺癌小鼠模型中，使巨噬细胞“改邪归正”，缩小了肿块并阻止了肺转移。当TMP195与化疗药物或其PD-1抑制剂联合使用时，提高了相应的疗效和耐受性。
早在2013年，研究人员就发现TMP195能够在体外，让巨噬细胞“洗心革面”，使其从促进肿瘤生长的“叛军”转变为攻击肿瘤组织的“卧底”。TMP195是IIa类组蛋白去乙酰化酶（Class IIa HDAC）的抑制剂。在肿瘤环境中，肿瘤细胞借助IIa类HDAC来调节巨噬细胞的增殖和分化。通常情况下，这种酶会使巨噬细胞走上有利于肿瘤细胞生长的“邪路”。TMP195与此酶结合后，阻断了肿瘤细胞的“误导”途径，使巨噬细胞“改邪归正”，走上抑癌的正确道路。
鉴于此前的研究，Guerriero及其团队猜想TMP195也能在体内对巨噬细胞进行“再教育”，诱发抗肿瘤固有免疫反应以使肿瘤消退。他们选取了一种能够模拟乳腺癌的小鼠模型，在这种小鼠中，晚期癌变和肺转移是由巨噬细胞控制的。
研究人员先给小鼠连续5天注射TMP195，看看小鼠肿瘤中的巨噬细胞能否接受TMP195的“再教育”。他们发现小鼠的肿瘤部位确实发生了一系列免疫反应：促癌的巨噬细胞数量减少了，而新的抑癌巨噬细胞增多了，并激活了杀伤癌细胞的T细胞。此外，TMP195还减少了肿瘤中血管的异常分支、增加了肿瘤的凋亡、减少了肿瘤的增殖！这说明肿瘤中的巨噬细胞并非“冥顽不灵”，经过“再教育”，还是会“迷途知返”的。
于是，研究人员又根据小鼠肿块的大小，分别给予13天到24天的TMP195治疗。在13天时，小鼠的肿瘤增长速度明显降低了；24天时，小鼠肺部的癌细胞转移灶数量和大小都明显减小了！
取得这样的成绩，究竟是接受了“再教育”的巨噬细胞独家贡献呢，还是另有隐情呢？研究人员又分别采用缺乏某一类免疫细胞的小鼠进行了TMP195治疗，发现缺乏巨噬细胞和缺乏CD8+T细胞（杀伤性T细胞）的小鼠，其TMP195抗肿瘤活性降低了。这说明TMP195的抗肿瘤效果是由巨噬细胞和CD8+T细胞共同产生的。
故事到这里还没有结束，研究人员想知道接受了“再教育”的巨噬细胞还能做些什么。于是，他们将TMP195治疗同化疗药物（卡铂和紫杉醇）以及PD-1抑制剂一起使用，看看这样的联合疗法会产生什么样的效果。研究发现TMP195诱导的巨噬细胞抗肿瘤作用能够提高化疗或PD-1抑制剂的疗效和耐受性！看来巨噬细胞经过“再教育”还是大有可为的。
2TMP195与PD-1抑制剂联合使用，增加了PD-1抑制剂的疗效和耐受性
该研究的联合通讯作者Anthony Letai说：“一旦巨噬细胞‘改邪归正’，就会成为免疫系统攻击肿瘤的策划者。我们的研究结果表明，IIa类HDAC抑制剂可以成为癌症治疗中激活潜在的抗癌巨噬细胞的有效途径。癌症治疗的未来可能涉及固有免疫和适应性免疫的相互配合，调动固有免疫系统是癌症治疗中令人兴奋的前沿！”[6]
斯坦福大学医学院的Sharareh Gholamin，一直致力于儿童脑瘤的免疫治疗。她采用的是一种名叫Hu5F9-G4的抗体，在5种儿童脑瘤异种移植的小鼠模型中测试了这种抗体的疗效。Hu5F9-G4成功地抑制了肿瘤生长及脑髓、骨髓的癌细胞转移，并通过增强巨噬细胞的募集作用延长了小鼠的生存时间，并且对正常组织没有毒性。
2Hu5F9-G4抑制了小鼠脑瘤的发展（左为对照组小鼠，右为实验组小鼠）
Hu5F9-G4是CD47免疫检查点抑制剂。CD47作为一种“别吃我”信号物质，广泛表达于多种细胞表面。癌细胞表面也会表达CD47，它与巨噬细胞表面的配体SIRPα结合后，就抑制了巨噬细胞的吞噬功能。同时癌细胞表面还会表达一些“吃我”的信号物质（如钙网蛋白），这些“吃我”信号物质是癌细胞特有的，在正常细胞表面通常不表达。巨噬细胞的吞噬作用取决于这些“吃我”信号和“别吃我”信号之间的平衡[7]。因此，通过阻断CD47-SIRPα信号通路，巨噬细胞就可以被诱导，选择性地吞噬癌细胞，但并不影响正常细胞[8]。
（A）CD47与SIRPα结合，巨噬细胞不吞噬肿瘤细胞；（B）CD47被抗体结合，肿瘤细胞被吞噬（liferaftgroup.org）
实际上，CD47抑制剂是肿瘤免疫治疗的“新贵”。目前，有多家公司正在研发针对CD47的药物，这其中就包括本文的联合通讯作者，斯坦福大学Irving L. Weissman教授，创办的Forty Seven（这个名字应该是直接来源于CD47），该公司的产品之一就是 Hu5F9-G4。
这次，Gholamin及其研究团队在儿童脑瘤异种移植小鼠模型中证实Hu5F9-G4也是有效的，这意味着Hu5F9-G4是多种儿童中枢神经恶性肿瘤的潜在的、既安全又有效的治疗药物。
以上两项研究表明，经过“再教育”，巨噬细胞吞噬作用的激活不仅可以直接产生治疗效果，还可以激发其他细胞以增强抗癌效果。因此，充分利用固有免疫将能够改善多种类型肿瘤的治疗效果。我们期待更多肿瘤免疫治疗的新突破。
原始出处：
Guerriero J L， Sotayo A， Ponichtera H E， et al. Class IIa HDAC inhibition reduces breast tumours and metastases through anti-tumour macrophages.[J]. Nature， 2017， 543(7645)：428.432；
Gholamin S， Mitra SS， Feroze AH et al. Disrupting the CD47-SIRPα anti-phagocytic axis by a humanized anti-CD47 antibody is an efficacious treatment for malignant pediatric brain tumors. Sci. Transl. Med 2017.
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