前言

1957年,Burnet和Thomas提出了“免疫監(jiān)測”假說,認為免疫系統(tǒng)可以監(jiān)測并消除“外來”病原體,包括表達各種腫瘤特異性抗原和非腫瘤特異性抗原的惡性細胞,以維持一個穩(wěn)定的環(huán)境。腫瘤免疫監(jiān)視是限制腫瘤生長的重要過程,巨噬細胞在腫瘤細胞的識別和清除過程中起著重要作用。T細胞和自然殺傷細胞(NK)也是免疫系統(tǒng)中重要的效應(yīng)細胞,在抗腫瘤免疫中也起著關(guān)鍵作用。腫瘤細胞逃避免疫識別和清除依賴于多種過程,包括誘導(dǎo)免疫抑制腫瘤微環(huán)境和降低腫瘤細胞免疫原性。腫瘤細胞免疫逃逸的一個關(guān)鍵機制是通過過度表達免疫抑制信號分子CD47。CD47被廣泛認為是一種“不要吃我”的信號,它有助于在生理條件下維持非惡性細胞的免疫耐受性,但這種分子可以幫助不同癌癥類型的癌細胞存活。在許多癌癥類型中,與信號調(diào)節(jié)蛋白α(SIRPα)結(jié)合的CD47啟動抑制性信號通路,導(dǎo)致惡性細胞逃避巨噬細胞的吞噬作用。抑制癌細胞中CD47信號的療法可能會促進巨噬細胞對腫瘤細胞的吞噬,從而限制腫瘤生長。這為抗腫瘤治療提供了可行的免疫靶點。

CD47的結(jié)構(gòu)和配體的表征

CD47是一種具有糖基化的跨膜蛋白,在各種不同的細胞類型表達。CD47屬于免疫球蛋白超家族,是由整合素、G蛋白和膽固醇組成的超分子復(fù)合物。CD47的結(jié)構(gòu)包括與相應(yīng)配體相互作用的胞外可變區(qū)、高疏水性跨膜段形成的跨膜區(qū)和親水羧基端胞內(nèi)區(qū),CD47激活后可以介導(dǎo)細胞增殖、遷移、吞噬以及細胞凋亡,免疫穩(wěn)態(tài)和抑制NO信號傳導(dǎo)等一系列過程。

CD47的配體包括SIRPα、血小板反應(yīng)蛋白-1(TSP-1)和整合素(αvβ3和α2β1)。SIRPα,也稱為SHPS-1,是一種跨膜蛋白,其胞外區(qū)域含有三個免疫球蛋白超家族樣區(qū)域:一個NH2末端的V型結(jié)構(gòu)域和兩個C1樣的IgSF結(jié)構(gòu)域,NH2末端結(jié)構(gòu)域能夠與CD47結(jié)合。SIRPα在髓系細胞膜上高表達,如巨噬細胞、粒細胞、單核細胞和髓樣樹突狀細胞。它調(diào)節(jié)細胞遷移和吞噬活動,以及免疫穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成。TSP-1是一種同三聚體多結(jié)構(gòu)域細胞外基質(zhì)糖蛋白,屬于細胞外分泌蛋白家族,由多種已知結(jié)合細胞外基質(zhì)成分和細胞表面受體的結(jié)構(gòu)域組成。TSP-1由血小板、單核細胞、巨噬細胞和其他多種非造血細胞分泌。TSP-1與CD47結(jié)合導(dǎo)致細胞內(nèi)鈣離子濃度和調(diào)節(jié)細胞存活和遷移的環(huán)腺苷酸/環(huán)磷苷的濃度變化,TSP-1還誘導(dǎo)細胞對組織損傷的反應(yīng)。

CD47的表達與病理生理功能

癌細胞利用CD47的“不要吃我”的功能,在表面表達的CD47水平高于非惡性細胞;大量研究表明,CD47在不同類型的腫瘤中過度表達,包括骨髓瘤、平滑肌肉瘤、急性淋巴細胞白血病、非霍奇金淋巴瘤,乳腺癌,骨肉瘤,頭頸部鱗狀細胞癌。CD47高表達水平與癌癥惡化的治療反應(yīng)和預(yù)后相關(guān)。

CD47的表達被巨噬細胞用來區(qū)分“自我”或“非自我”。CD47在非惡性細胞和多種癌細胞表面表達,可與髓系細胞(尤其是巨噬細胞)上的SIRPα跨膜蛋白結(jié)合,形成CD47-SIRPα信號復(fù)合物。SIRPα的細胞外IgV結(jié)構(gòu)域與CD47結(jié)合,導(dǎo)致細胞內(nèi)ITIM基序上的酪氨酸磷酸化;SIRPα也與含有酪氨酸磷酸酶的SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合,這兩種信號都能抑制肌球蛋白IIA在吞噬突觸中的積累,并促進“不要吃我”信號的釋放,這些信號抑制巨噬細胞介導(dǎo)的吞噬作用,保護正常細胞免受免疫系統(tǒng)的損害。相反,當(dāng)CD47的表面表達減少時,CD47-SIRPα信號通路減弱,巨噬細胞可以向這些細胞移動并吞噬它們。正常紅細胞上的CD47與巨噬細胞表面的SIRPα結(jié)合,產(chǎn)生阻止吞噬作用的抑制信號,但當(dāng)紅細胞衰老時,CD47的表達水平降低,CD47缺乏的衰老紅細胞被視為外來物,并被脾臟中的巨噬細胞迅速清除。CD47及其配體不僅調(diào)節(jié)免疫反應(yīng),還介導(dǎo)各種病理生理過程,如中性粒細胞趨化和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育,并在免疫耐受和T細胞活化中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

靶向CD47-SIRPa在抗腫瘤治療中的作用機制

在腫瘤細胞表面過表達CD47可以幫助這些細胞逃避免疫細胞的監(jiān)視和清除,使CD47成為新的抗腫瘤藥物開發(fā)的一個極具吸引力的靶標(biāo)�？笴D47可以阻斷CD47-SIRPα抑制信號并促進巨噬細胞對腫瘤細胞的吞噬,并且可通過多種不同的機制發(fā)揮其抗腫瘤作用。

靶向CD47/SIRPα對巨噬細胞介導(dǎo)吞噬功能的影響

CD47抑制可以刺激巨噬細胞對癌細胞的吞噬功能�？笴D47抗體通過直接阻斷表達CD47的腫瘤細胞與表達SIRPα的巨噬細胞的結(jié)合,增強巨噬細胞對腫瘤細胞的吞噬作用。用巨噬細胞耗竭特異性的化學(xué)物質(zhì)(氯膦酸鹽)處理小鼠可消除CD47阻斷劑的抗腫瘤作用,支持了巨噬細胞在抗CD47介導(dǎo)的抗腫瘤反應(yīng)中的作用。其他研究表明,抗CD47抗體可促進人NHL細胞移植小鼠的巨噬細胞吞噬活性。用抗CD47抗體和blinatumomab(靶向CD19和CD3)治療NHL小鼠;這種聯(lián)合療法通過誘導(dǎo)癌細胞吞噬和T細胞毒性,持續(xù)控制淋巴瘤的進展。在小鼠結(jié)腸癌模型中,抗SIRPα抗體治療可增強巨噬細胞吞噬活性并減少腫瘤進展,CD47-SIRPα信號可促進結(jié)腸癌細胞在富含腫瘤相關(guān)巨噬細胞的腫瘤微環(huán)境中的增殖和轉(zhuǎn)移。

靶向CD47/SIRPα對巨噬細胞募集和極化的影響

除了增加吞噬功能外,阻斷CD47還有可能增加巨噬細胞向腫瘤的募集。例如,抗CD47治療后的吞噬作用可引起趨化因子和細胞因子的分泌,從而將其他的免疫細胞招募到腫瘤部位。CD47阻斷性抗體Hu5F9-G4通過刺激促進巨噬細胞募集和活化的趨化因子的釋放,從而抑制體內(nèi)小細胞肺癌的生長。巨噬細胞極化狀態(tài)也可以通過抗CD47治療而改變,一項針對膠質(zhì)母細胞瘤的研究發(fā)現(xiàn),CD47阻斷劑將腫瘤相關(guān)巨噬細胞轉(zhuǎn)化為抗腫瘤狀態(tài),并增加巨噬細胞在腫瘤中的募集。

靶向CD47/SIRPα對適應(yīng)性免疫應(yīng)答的影響

CD47阻斷可促進適應(yīng)性免疫反應(yīng),例如,當(dāng)用抗CD47抗體治療時,在結(jié)腸癌模型中會誘導(dǎo)抗原特異性CD8+T細胞增殖和巨噬細胞吞噬功能,使調(diào)節(jié)性T細胞數(shù)量減少,表明抗CD47治療可促進適應(yīng)性T細胞免疫反應(yīng)。此外,一項研究證實,抗CD47抗體通過激活CD8+T細胞和樹突狀細胞發(fā)揮腫瘤殺傷作用,這些細胞吞噬腫瘤細胞并呈遞腫瘤特異性抗原,從而激活腫瘤細胞特異性適應(yīng)性免疫。

靶向CD47/SIRPα對細胞介導(dǎo)細胞毒性的影響

抗CD47治療可激活抗體依賴性細胞毒性介導(dǎo)的先天性免疫反應(yīng)。一項針對頭頸部鱗狀細胞癌的研究表明,CD47表達增加與自然NK細胞介導(dǎo)的細胞毒性降低有關(guān),而抗CD47抗體治療增強了NK細胞介導(dǎo)的細胞毒性。其他研究也確定了CD47靶向療法對CD47+癌細胞的直接細胞毒性,但靶向SIRPα結(jié)合表位的療法不會對腫瘤細胞產(chǎn)生直接細胞毒性。

靶向CD47/SIRPα對腫瘤細胞凋亡的影響

CD47抑制也可誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡;例如,抗CD47抗體通過一種半胱天冬酶獨立機制誘導(dǎo)凋亡來增加腫瘤細胞清除率。Song等人將CD47 siRNA慢病毒載體轉(zhuǎn)染到KG1a AML細胞系中,抑制CD47的表達,發(fā)現(xiàn)這種處理降低了包括Bcl-2、Bcl-xl和MCL-1在內(nèi)的抗凋亡基因的表達。Leclair等人比較了Jurkat T細胞系(表達高水平CD47的細胞)和JC47-2-4細胞系(表達低水平CD47的細胞),發(fā)現(xiàn)抗CD47抗體CC2C6以CD47依賴的方式誘導(dǎo)Jurkat細胞死亡。最近的一項研究還表明,用透明質(zhì)酸合成抑制劑4-甲基傘形酮(4MU)治療轉(zhuǎn)基因小鼠,4MU下調(diào)HCC細胞上CD47的表達,可誘導(dǎo)細胞凋亡,減少炎癥、脂肪變性和腫瘤干細胞標(biāo)記物的表達。

靶向CD47/SIRPα對腫瘤細胞增殖和遷移的影響

抗CD47療法可以抑制腫瘤細胞增殖。在小鼠淋巴瘤模型中,抗CD47抗體阻止淋巴瘤細胞增殖并延長生存期。用CD47阻斷抗體治療也能延緩胰腺腫瘤小鼠的轉(zhuǎn)移進展和延長生存期。CD47與TSP-1結(jié)合抑制一氧化氮(NO)信號并限制NO的產(chǎn)生,從而加速破骨細胞的形成和激活,進而促進腫瘤細胞向骨的轉(zhuǎn)移。此外,抗CD47治療和化療藥物的協(xié)同作用可以提高患者源性肝癌異種移植小鼠模型的化療效果,并抑制肝癌細胞在體內(nèi)的生長和轉(zhuǎn)移。

靶向CD47-SIRPa治療的臨床進展

目前,一些CD47靶向抗體或藥物已進入臨床試驗,如下表所示,包括Hu5F9-G4(Forty-Seven)、CC-90002(Celgene)、TTI-621(Trillium)、ALX148(Alexo Therapeutics)、SRF231(Surface Oncology)、SHR-1603(恒瑞)和IBI188(Innovent Biologics)等。其中Hu5F9-G4、CC-90002和IBI188是抗CD47抗體,TTI-621和ALX148是SIRPα-Fc融合蛋白。

Advani等人招募22例淋巴瘤患者(15例為DLBCL,7例為濾泡性淋巴瘤,95%為利妥昔單抗難治)進行1b期臨床試驗;在侵襲性和惰性淋巴瘤患者中,加入利妥昔單抗可增強Hu5F9-G4相關(guān)的吞噬功能;此外,接受治療的患者出現(xiàn)的不良反應(yīng)(如貧血、惡心、腹瀉和輸液相關(guān)反應(yīng))僅在最初幾周出現(xiàn),在試驗的后期,臨床安全性事件并未顯著增加。最近的研究也提出了另一種方法,通過使用miRNA抑制來減少CD47的表達并減緩腫瘤細胞的生長。考慮到miR-708與CD47之間存在負相關(guān),miR-708表達的恢復(fù)可以調(diào)節(jié)CD47的表達。此外,miR-708和抗CD47抗體治療的聯(lián)合應(yīng)用可提高巨噬細胞對白血病CEM細胞的吞噬活性,因此可在未來的研究中用作組合抗白血病治療。

靶向CD47-SIRPa抗腫瘤治療的挑戰(zhàn)

在小鼠和獼猴上使用抗CD47抗體進行的臨床前研究表明,這些療法具有良好的耐受性。然而,2017年,Arch Oncology 終止了抗CD47單克隆抗體Ti-061的I/II期臨床試驗,而2018年,Celgene終止了抗CD47單克隆抗體CC-90002治療AML的臨床試驗。鑒于CD47的廣泛表達,使用抗CD47抗體作為抗癌治療的潛在問題包括可能的非靶向效應(yīng),如貧血。CD47也在造血系統(tǒng)的非惡性細胞表達,包括正常紅細胞、衰老紅細胞和血小板。Buatois等人表明Hu47F9-G4單獨或與其他抗體結(jié)合可能導(dǎo)致正常紅細胞意外死亡,可能導(dǎo)致貧血。然而,鑒于抗CD47抗體和SIRPα-Fc融合蛋白引起這種毒性,而高親和力SIRPα單體則不會引起這種毒性,因此抗CD47抗體的毒性似乎是Fc依賴的。這些發(fā)現(xiàn)表明,未來的研究應(yīng)該著眼于優(yōu)化抗CD47治療藥物的結(jié)構(gòu),以期設(shè)計出無不良副作用的新藥。除此之外,考慮到老年紅細胞可能更容易被吞噬,在未來的CD47/SIRPα靶向治療研究中,應(yīng)考慮患者年齡。

所謂的“抗原沉默”效應(yīng)也可能給抗CD47治療的發(fā)展帶來問題。CD47的普遍表達意味著一種藥物可能需要大的起始劑量和/或頻繁的給藥來實現(xiàn)對CD47的有效阻斷。另外,與CD47相比,SIRPα的組織學(xué)分布更為有限,這可能使其在靶向治療時毒性更小并有更大的阻斷作用。但是,對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)SIRPα的副作用應(yīng)該考慮到。此外,由于序列相似,與其他SIRP家族成員(SIRPβ和SIRPγ)之間可能發(fā)生交叉反應(yīng),而人類SIRPα至少鑒定出10種多態(tài)性,靶向這些不同的受體亞型的后果尚不清楚。在未來的研究中,應(yīng)研究靶向CD47及其配體的方法,特別是腫瘤細胞;這些方法可能包括新型藥物載體,如改性仿生納米顆�；蛉后w感應(yīng)細菌。除了新的給藥方法外,與腹膜內(nèi)或皮下給藥途徑相比,腫瘤內(nèi)給藥也有可能帶來更大的藥物傳遞和療效,并降低毒性。

如上所述,抗CD47治療的挑戰(zhàn)使人們開始研究聯(lián)合治療的使用,包括腫瘤細胞特異性調(diào)理抗體和T細胞檢查點抑制劑。例如,在非霍奇金淋巴瘤的小鼠模型中,抗CD47抗體(BRIC126或B6H12)與抗CD20抗體(利妥昔單抗)相結(jié)合,導(dǎo)致異種移植瘤模型中的人類淋巴瘤細胞消融。這些方法可用于提高腫瘤特異性和降低對表達CD47的非惡性細胞的靶向毒性。在類似的方法中,另一種靶向CD47和CD19的雙特異性抗體(NI-1701)被設(shè)計用于B細胞淋巴瘤和難治性白血病,而靶向CD47和PD-L1的融合蛋白也被證明通過激活適應(yīng)性免疫反應(yīng)具有抗腫瘤功效。

展望

鑒于CD47-SIRPα信號能夠使惡性細胞逃避巨噬細胞介導(dǎo)的吞噬作用,抑制CD47-SIRPα信號軸是一種很有前途的癌癥治療策略,多種CD47靶向藥物已進入臨床試驗。然而,這類治療方法存在一系列生物安全性問題,包括貧血,臨床前研究已經(jīng)證明CD47靶向藥物對不同腫瘤類型的療效不同。此外,CD47-SIRPα復(fù)合物上游和下游的信號傳導(dǎo)機制還不完全清楚。更好地了解腫瘤細胞逃避免疫清除的機制,以及抗CD47藥物的給藥途徑的改進,將有助于開發(fā)新的、有效的抗癌治療方法,增強對惡性細胞的吞噬功能。

參考文獻:

1．  Advances in Anti-Tumor Treatments Targeting the CD47/SIRPα Axis． FrontImmunol． 2020; 11: 18．

2． 智慧芽PharmSnap情報庫