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)中重要的效應細胞,在抗腫瘤免疫中也起著關鍵作用。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)結合的CD47啟動抑制性信號通路,導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的結構和配體的表征

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合物。CD47的結構包括與相應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信號傳導等一系列過程。

CD47的配體包括SIRPα、血小板反應蛋白-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型結構域和兩個C1樣的IgSF結構域,NH2末端結構域能夠與CD47結合。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)絡的形成。TSP-1是一種同三聚體多結構域細胞外基質(zhì)糖蛋白,屬于細胞外分泌蛋白家族,由多種已知結合細胞外基質(zhì)成分和細胞表面受體的結構域組成。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結合導致細胞內(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還誘導細胞對組織損傷的反應。

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和預后相關。

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跨膜蛋白結合,形成CD47-SIRPα信號復合物。SIRPα的細胞外IgV結構域與CD47結合,導致細胞內(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結構域結合,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的吞噬作用,保護正常細胞免受免疫系統(tǒng)的損害。相反,當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結合,產(chǎn)生阻止吞噬作用的抑制信號,但當紅細胞衰老時,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,還介導各種病理生理過程,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�？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。抗CD47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介導的抗腫瘤反應中的作用。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信號可促進結腸癌細胞在富含腫瘤相關巨噬細胞的腫瘤微環(huán)境中的增殖和轉移。

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阻斷劑將腫瘤相關巨噬細胞轉化為抗腫瘤狀態(tài),并增加巨噬細胞在腫瘤中的募集。

靶向CD47/SIRPα對適應性免疫應答的影響

CD47阻斷可促進適應性免疫反應,例如,當用抗CD47抗體治療時,在結腸癌模型中會誘導抗原特異性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治療可促進適應性T細胞免疫反應。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性免疫。

靶向CD47/SIRPα對細胞介導細胞毒性的影響

抗CD47治療可激活抗體依賴性細胞毒性介導的先天性免疫反應。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細胞介導的細胞毒性降低有關,而抗CD47抗體治療增強了NK細胞介導的細胞毒性。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凋亡來增加腫瘤細胞清除率。Song等人將CD47 siRNA慢病毒載體轉染到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)治療轉基因小鼠,4MU下調(diào)HCC細胞上CD47的表達,可誘導細胞凋亡,減少炎癥、脂肪變性和腫瘤干細胞標記物的表達。

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移進展和延長生存期。CD47與TSP-1結合抑制一氧化氮(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相關的吞噬功能;此外,接受治療的患者出現(xiàn)的不良反應(如貧血、惡心、腹瀉和輸液相關反應)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�？紤]到miR-708與CD47之間存在負相關,miR-708表達的恢復可以調(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,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合可能導致正常紅細胞意外死亡,可能導致貧血。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,未來的研究應該著眼于優(yōu)化抗CD47治療藥物的結構,以期設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,應考慮患者年齡。

所謂的“抗原沉默”效應也可能給抗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,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)相結合,導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性免疫反應具有抗腫瘤功效。

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復合物上游和下游的信號傳導機制還不完全清楚。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