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《自然·癌症》:发现抗CTLA-4抗体全新机制!揭秘单抗“第三只手”的抗肿瘤秘诀

来源:奇点糕 2023-01-20 13:48

该项研究通过大量的单细胞测序和小鼠实验揭示了FcγR结合是抗CTLA-4抗体的抗肿瘤新机制,并且展现了开发具有更强FcγR结合能力的抗CTLA-4抗体的巨大前景。

免疫检查点阻断(ICB)给癌症治疗带来了新的希望。其中,CTLA-4是经典的免疫检查点,它可以通过抑制CD80或CD86与共刺激受体CD28的结合来抑制T细胞活性[1]。靶向CTLA-4的单克隆抗体广泛应用于临床治疗,但可惜的是,只有小部分病人能从中获益[2]。

 

抗CTLA-4抗体的Fc端与Fc受体(FcγRs)结合诱导的抗肿瘤作用是近年来的研究热点。有研究表明,抗CTLA-4抗体不仅可以激活细胞毒性T细胞,还可以通过结合FcγRs促进肿瘤浸润调节性T细胞(Treg)耗竭[3-4]。不过有关于FcγR结合对抗CTLA-4抗体驱动的抗肿瘤活力的贡献仍存在很大的争议。

 

近日,以色列雷霍沃特的魏茨曼科学研究所的Sergio A. Quezada教授和伦敦大学学院癌症研究所的Ido Amit 教授强强联合揭开了这一谜题,该成果发表在著名期刊Nature Cancer上。

 

研究团队利用大量的单细胞测序(sc-RNAseq)揭示了,具有较强FcγR结合能力的抗CTLA-4抗体可以抑制肿瘤生长和驱动免疫重塑,这不仅是由Treg耗竭和CTLA-4阻断导致的,而且是由FcγR结合和I 型干扰素导致的

 

 

接下来就让我们看看这项研究是如何展开的。

 

首先,在MCA-205(纤维肉瘤)和MC38(结肠癌)的荷瘤小鼠中,研究团队分别给予它们CTLA-4 mIgG1(CTLA-4 m1)抗体和CTLA-4 mIgG2a(CTLA-4 m2a)抗体治疗。与CTLA-4 m1抗体相比,CTLA-4 m2a抗体具有更强的FcγR结合能力。实验结果表明,与对照组(未治疗组)和CTLA-4 m1抗体相比,CTLA-4 m2a抗体可以显著抑制MCA-205和MC38肿瘤的生长

 

那么CTLA-4 m2a抗体是如何影响肿瘤微环境(TME)的呢?

 

研究团队利用scRNA-seq分析了治疗第8天的小鼠MCA-205肿瘤的免疫细胞组成。Ido团队通过无监督细胞聚类分析鉴定了不同的免疫细胞亚群,其中包括Treg、免疫抑制性髓系细胞(Arg+肿瘤相关巨噬细胞(TAM)、Arg+单核细胞)、表达IFN信号通路相关基因的炎症性髓系细胞(Ifit1+TAM、Ifit1+单核细胞)等。

 

分析结果还显示,CTLA-4 m1抗体治疗组的肿瘤浸润免疫细胞组成与对照组相似,而CTLA-4 m2a抗体治疗驱动了多种免疫细胞亚群的重塑。在淋巴细胞组成中,高表达ctla4的Treg细胞被耗竭了。除此之外,髓系细胞组成也发生了显著变化,单核细胞/TAM比例增加、Arg+单核细胞/Ifit1+单核细胞、Arg+TAM/Ifit1+TAM比例增加以及中性粒细胞比例增加等。

 

CTLA-4 m2a抗体可以抑制肿瘤生长和驱动免疫重塑

 

但是,这些免疫重塑包含了抗CTLA-4抗体对TME的直接和间接作用。为了更好地研究抗CTLA-4抗体的直接作用,Ido团队利用scRNA-seq分析了治疗第1天的小鼠MCA-205肿瘤的免疫细胞组成。

 

令人惊喜的是,在治疗第1天,抗CTLA-4 m2a抗体也可以同时驱动淋巴细胞和髓系细胞的免疫重塑。但这与第八天略有不同,主要表现中性粒细胞的比例没有显著变化,而炎症性单核细胞/免疫抑制性单核细胞、炎症性TAM/免疫抑制性TAM比例增加。除此之外,基因集富集分析(GSEA)的结果表明,在抗CTLA-4 m2a抗体治疗组中,IFN信号通路相关的基因在髓系细胞上高表达。而抗CTLA-4 m1抗体对小鼠TME没有显著影响。

 

上述数据表明, 抗CTLA-4 m2a抗体通过诱导Treg细胞耗竭和髓系细胞重编程促使TME向促炎和活化的状态转换。

 

CTLA-4 m2a抗体可以驱动快速的免疫重塑

 

研究人员推测,FcγR可能在抗CTLA-4 m2a抗体驱动的免疫重塑中起到了重要作用。因此,他们使用了转基因小鼠进一步研究了FcγR的作用机制。在Foxp3DTR小鼠中,他们利用白喉毒素(DT)诱导了MCA205肿瘤浸润Treg细胞耗竭。与抗CTLA-4 m2a抗体相比,白喉毒素虽然能诱导Treg细胞耗竭,但不能抑制MCA205肿瘤生长,也不能驱动髓系细胞重编程。差异基因表达(DEG)的分析结果表明,与抗CTLA-4 m2a抗体治疗组相比,DT治疗组中差异表达的基因非常少,并且都与I型IFN信号通路无关。此外,如果敲除小鼠的FcγR基因(Fcgr KO小鼠),抗CTLA-4 m2a抗体也不能抑制其肿瘤生长和驱动髓系细胞重编程。

 

也就是说,在抗CTLA-4 m2a抗体治疗后,FcγR结合在驱动髓系细胞重编程和I型IFN信号通路中起到了重要作用。

 

FcγR结合在CTLA-4 m2a抗体驱动的髓系细胞重编程中起到了重要作用

 

为了单独研究在抗CTLA-4 m2a抗体治疗后FcγR对髓系细胞重编程的影响,研究人员进行了一系列体外实验,首先,他们将小鼠脾脏的Treg细胞与骨髓来源的巨噬细胞(BMDM)进行共培养。BMDM分别来自野生型(WT)、Fcgr KO和IFNα受体(Ifnar) KO小鼠。此外,他们还将Treg细胞和BMDM与抗CTLA-4 m1抗体、抗CTLA-4 m2a抗体和对照的培养基分别进行共培养,并对分选出的BMDM进行scRNA-seq。 

 

研究发现,体外培养实验的结果与小鼠体内实验的结果一致。在野生型小鼠中,与对照和抗CTLA-4 m1抗体治疗组相比,在抗CTLA-4 m2a抗体治疗组中,虽然Treg细胞没有耗竭,但髓系细胞还是发生了重编程。例如炎症性BMDM/免疫抑制性BMDM细胞的比例增加,IFN信号通路相关的基因(Isg20Irf7Ifit1)表达上调。这表明FcγR驱动的髓系细胞重编程与Treg细胞耗竭互相独立。

 

此外,与野生型小鼠相比,Fcgr KO和Ifnar KO小鼠中IFN信号通路相关的基因表达下调,并且抗CTLA-4 m2a抗体也不能抑制Ifnar KO小鼠肿瘤的生长。

 

上述结果表明,髓系细胞FcγR的结合和I型IFN信号对于抗CTLA-4 m2a抗体的抗肿瘤免疫反应至关重要。

 

髓系细胞FcγR的结合和I型IFN信号在CTLA-4 m2a抗体的抗肿瘤免疫反应中起到了重要作用

 

总的来说,该项研究通过大量的单细胞测序和小鼠实验揭示了FcγR结合是抗CTLA-4抗体的抗肿瘤新机制,并且展现了开发具有更强FcγR结合能力的抗CTLA-4抗体的巨大前景。 

 

不过本篇文章还停留在临床前研究的阶段。新的抗CTLA-4抗体的开发和应用仍旧任重而道远。在未来,就让我们期待进一步的临床试验探索新的抗CTLA-4抗体的效果,为众多的癌症患者带来新的希望。

 

此外,举一反三,FcγR结合与其他免疫治疗的联合是否也有更强的抗肿瘤能力也值得期待!

参考文献:

[1] Walker LS, Sansom DM. Confusing signals: recent progress in CTLA-4 biology. Trends Immunol. 2015;36(2):63-70. doi:10.1016/j.it.2014.12.001

[2] Weiss SA, Wolchok JD, Sznol M. Immunotherapy of Melanoma: Facts and Hopes. Clin Cancer Res. 2019;25(17):5191-5201. doi:10.1158/1078-0432.CCR-18-1550

[3] Simpson TR, Li F, Montalvo-Ortiz W, et al. Fc-dependent depletion of tumor-infiltrating regulatory T cells co-defines the efficacy of anti-CTLA-4 therapy against melanoma. J Exp Med. 2013;210(9):1695-1710. doi:10.1084/jem.20130579

[4] Arce Vargas F, Furness AJS, Litchfield K, et al. Fc Effector Function Contributes to the Activity of Human Anti-CTLA-4 Antibodies. Cancer Cell. 2018;33(4):649-663.e4. doi:10.1016/j.ccell.2018.02.010

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