颠覆认知!癌细胞神秘偷渡PD-L1,远程摧毁免疫反应 | Cell重大发现

曼话 曼话 来源:医药魔方
2019-04-11
PD-1/PD-L1

以PD-1/PD-L1抗体为代表的免疫检查点抑制剂已经彻底改变了癌症治疗。一些先前无法医治的恶性肿瘤患者接受这类药物治疗后正在经历长期缓解。然而,尽管疗效令人振奋,但只有20%的患者能够长期响应PD-1/PD-L1抗体;此外,PD-1/PD-L1抗体对某些癌症的治疗效果要比其它癌症好得多。是什么原因导致了这些现象让科学家们困惑不已。

 

图片来源:Cell

 

4月4日,发表在Cell杂志上的一篇论文中[1],来自加州大学旧金山分校(UCSF)的科学家们获得一个惊人的发现:一些看起来PD-L1水平很低的肿瘤其实偷偷将大量的PD-L1送到免疫系统的大本营,这些远走他乡的PD-L1远程抑制了抗肿瘤免疫反应。

 

领导该研究的泌尿学教授Robert Blelloch博士说:“患者对免疫检查点抑制剂的响应因癌种不同而大不相同。不过,即便在最好的情况下,如黑色素瘤,也只有20%-30%的患者响应这类药物;而在前列腺癌中,响应免疫检查点抑制剂的患者比例不到10%。这意味着,大多数患者对这种免疫治疗无响应。为什么会这样呢?我们想知道原因。”

 

在人体免疫系统中,T细胞是保卫健康的重要士兵。当识别出癌细胞,它们就会发起攻击。而癌细胞为了躲避攻击,在其表面表达了一种起着“隐形斗篷”作用的蛋白质,即PD-L1。当PD-L1与T细胞表面表达的PD-1蛋白相结合后,T细胞就会将癌细胞错认为正常细胞,并放任它们在体内“发展壮大”。也正是借助这一机制,癌细胞躲过了免疫系统的攻击。

 

PD-1/PD-L1抗体之所以能抗癌,就是通过阻断PD-L1和PD-1之间的相互作用。“隐形斗篷”一旦失效,癌细胞就无处躲藏,从而可被免疫系统识别并消灭。

 

一些肿瘤对PD-1/PD-L1抗体产生耐药性的一个原因是,它们并不表达PD-L1。此前,已有研究证明,在前列腺癌患者的肿瘤细胞中,PD-L1蛋白水平较低或者完全缺失,这可能解释了为什么这类患者对PD-1/PD-L1抗体响应率非常低。

 

图片来源:UCSF

 

然而,在最新发表的这篇论文中,Blelloch教授团队获得了一个非常不同的发现。他们的研究显示,前列腺癌肿瘤其实大量表达了PD-L1,但癌细胞并没有将PD-L1展示在细胞表面,而是通过被称为外泌体的分子“货船”将PD-L1运输了出去。

这些癌细胞中运载PD-L1的外泌体通过淋巴系统或血液流动到达淋巴结。而淋巴结正是免疫细胞被激活来保护机体的地方。在淋巴结,来自癌细胞的PD-L1蛋白发挥着远程抑制免疫细胞的作用,阻止这类抗癌细胞找到肿瘤。

 

这是非常重要的发现。外泌体PD-L1不是通过关闭肿瘤表面的免疫反应,而是在免疫细胞到达肿瘤之前就发挥了抑制作用。与表达在肿瘤细胞表面的PD-L1不同,外泌体PD-L1对现有的PD-1/PD-L1抗体具有耐药性,但原因不明。

 

“我们的发现代表了对教条的突破。先前的研究认为,PD-L1作用于到达肿瘤微环境中的免疫细胞;也就是说,免疫细胞在肿瘤微环境中才能遇到具有免疫抑制作用的PD-L1。然而,我们的数据表明,对于许多免疫检查点抑制剂耐药性肿瘤来说,情况并非如此。这些肿瘤通过运输外泌体PD-L1到淋巴结来逃避免疫系统的攻击,在淋巴结中,外泌体PD-L1能够远程抑制免疫细胞的激活。”Blelloch教授解释道。

 

Blelloch教授等之所以会想到研究外泌体,是因为他们观察到了一些奇怪的现象:在一些耐药性肿瘤中,尽管癌细胞PD-L1蛋白水平较低,但PD-L1 mRNA水平非常高。此外,实验发现,PD-L1蛋白实际上在某一时刻被生产出来了,且没有被降解。

 

基于这些发现,科学家们想到了外泌体,并找到了消失的PD-L1蛋白。

 

图片来源:Cell

 

为了证明外泌体PD-L1能够为癌细胞打掩护,研究人员使用了对免疫检查点抑制剂耐药的小鼠前列腺癌模型。当他们将来自这些小鼠的癌细胞注射到健康小鼠中时,肿瘤瘤迅速生长。但当科学家们利用CRISPR技术删除外泌体产生所需的2个基因时,被编辑的癌细胞无法在基因相同的健康小鼠体内形成肿瘤。虽然被编辑和未被编辑的癌细胞都能产生PD-L1,但只有无法产生外泌体的癌细胞才能够在PD-L1被阻断时被免疫系统识别和攻击。

 

在另一项补充实验中,健康小鼠在被移植了被CRISPR编辑过的癌细胞后,又立即被注射了携带PD-L1的外泌体。结果显示,注射到小鼠体内的携带PD-L1的外泌体能够抑制抗癌免疫反应,从而使缺乏外泌体的癌细胞形成肿瘤。

 

Blelloch教授认为,抑制外泌体释放PD-L1将成为一种新的治疗途径,无论是单独用药,还是结合当前的PD-1/PD-L1抗体,都将有望克服大部分患者对现有免疫检查点抑制剂的耐药性。 

 

图片来源:Cell

 

在这项新研究中,科学家们还发现了另一个令人惊讶的结果。他们能够利用经CRISPR编辑的缺乏外泌体的癌细胞来诱导抗肿瘤免疫反应,这种免疫反应能够靶向通常对免疫攻击耐药的肿瘤。

 

具体来说,研究中,Blelloch博士等首先将经CRISPR编辑的无法产生外泌体的癌细胞移植到正常小鼠体内,然后等待90天。接着他们将未经编辑的癌细胞(这些癌细胞可能具有免疫逃逸能力)移植到相同的小鼠体内。结果显示,在免疫系统暴露于经CRISPR编辑的无法产生外泌体的癌细胞之后,未经编辑的癌细胞不再被忽视,免疫系统能够对这些先前无法被识别的癌细胞做出强有力的反应,阻止癌细胞增殖。

 

研究人员解释,在暴露于不能产生外泌体PD-L1的癌细胞后,免疫系统会产生一种抗肿瘤记忆。一旦这种记忆形成,免疫系统就不再对外泌体PD-L1敏感,因此也可以靶向可产生外泌体PD-L1的癌细胞。

 

当被CRISPR编辑过无法产生外泌体的癌细胞和未被编辑的癌细胞同时被移植到同一只老鼠的不同部位后,科学家们再次感到惊讶。尽管两种癌细胞是同时注射的,但被CRISPR编辑过的癌细胞占主导地位,它们能够激活免疫系统发起攻击,摧毁生长在另一边由未经编辑的癌细胞发展而成的可能能够抵抗免疫反应的肿瘤。

 

这些发现暗示了一种新的免疫疗法,即,患者的癌细胞可以经过基因编辑,然后再回输到体内,以激活免疫系统攻击具有免疫反应耐药性的癌症。

 

总结来说,作者们认为,这一发现的重要性是显而易见的。目前临床上还没有有效的药物能够抑制外泌体PD-L1的破坏力。因此,进一步了解外泌体PD-L1的生物学特性有望带来新的免疫疗法,以攻克许多目前治疗无效的侵袭性肿瘤,让更多患者受益。

 

相关论文:

[1] Mauro Poggio et al. Suppression of Exosomal PD-L1 Induces Systemic Anti-tumor Immunity and Memory. Cell(2019).

 

参考资料:

1# Cancer exports molecular 'saboteurs' to remotely disarm immune system

2# Newdrugs that unleash the immune system on cancers may backfire, fueling tumor growth


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