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[医药健康新闻] 王立铭·巡山报告|第六十五期:CD3-L1:全新肿瘤免疫检查点

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发表于 2024-7-7 12:57 AM | 显示全部楼层 |阅读模式


第六十五期:CD3-L1:全新肿瘤免疫检查点


我是王立铭。2024年7月6日,第六十五期《巡山报告》又和你见面了。

本期报告的主题是一个新发现的肿瘤免疫检查点,ITPRIPL1,或者简称为CD3-L1。我们将会讨论它的发现以及它在肿瘤治疗中的潜在价值。

免疫检查点

在具体讨论CD3-L1前,首先我们要了解的是,什么是免疫检查点?

免疫检查点(immune checkpoint)这个概念其实由来已久。目前有据可查的最早记录,应该是斯坦福大学的免疫学家Christopher Goodnow在1995年明确提出的。他认为人体免疫系统中应该有一些刹车机制,以防止免疫细胞过度活跃[1]。你可以理解成,免疫检查点就是免疫系统中的刹车机制

考虑到人体免疫系统的惊人破坏力,如果它们错误地攻击人体自身细胞,将会引起严重的健康问题,特别是自身免疫疾病,人体储备一些刹车机制来调节免疫系统的过度活动,其实并不令人吃惊。

顺着这个思路,在1990年代的时候,免疫检查点这个概念主要是用于研究和治疗自身免疫疾病的。例如CTLA-4是最早被发现的一个免疫检查点,它位于T细胞表面,能够抑制T细胞的活动[2]。而一款模拟CTLA-4功能的药物能够有效地抑制器官移植之后的排异反应[3]。它之后也被正式获批用于治疗类风湿性关节炎,这是一种很常见的自身免疫性疾病[4]。

但是,在1996年,人们的思路打开了。美国加州大学伯克利分校的科学家James Allison实验室发现,如果用抗体阻断CTLA-4的功能,能大大提升T细胞对肿瘤的杀伤活性,有效治疗小鼠模型中的多种肿瘤[5]。

在此之后,人们逐渐意识到了一个其实早就该被发现的东西:肿瘤之所以在人体内能够生根、长大和转移,一方面当然是因为肿瘤细胞的基因变异赋予了他们无限制复制繁殖的能力;但硬币的另一面同样关键,这些携带大量基因突变的细胞需要有能力给免疫系统“踩刹车”,来逃脱人体免疫系统的识别和杀伤才行。

而如果反其道而行之,找到免疫系统的“刹车”,也就是免疫检查点蛋白,设计药物来解除刹车,就有可能让免疫系统重新活跃起来,有效地消灭肿瘤细胞

这一思路其实已经变成了现实。在2011年,全球第一款肿瘤免疫药物Yervoy(ipilimumab)正式获批上市,它是就是针对免疫检查点蛋白CTLA-4的单克隆抗体药物,能用于治疗黑色素瘤。

PD-1/PD-L1

自1996年至今,人们已经发现了超过10个免疫检查点蛋白,也已经有数十款针对癌症治疗的免疫检查点药物上市销售。但在它们之中,最重要的却不是领风气之先的CTLA-4,而是PD-1/PD-L1这一对组合。

1999年,日本科学家本庶佑发现PD-1蛋白是T-细胞活动的免疫检查点,如果在小鼠中敲除PD-1基因,小鼠会出现显著的自身免疫疾病症状[6]。次年,本庶佑实验室又发现了PD-1的结合蛋白PD-L1,它在特定的细胞中表达,起到了结合T细胞上的PD-1、给T细胞踩刹车的作用[7]。

而到了2001和2002年,最具决定性的发现诞生了:哈佛大学医学院的Gordon Freeman实验室和梅奥诊所的陈列平实验室发现,很多肿瘤组织会大量生产PD-L1蛋白,来劫持免疫系统的刹车机制,阻止T细胞攻击,从而为自身争取繁殖复制的机会[8][9]。

这些发现终于打开了通向PD-1/PD-L1类肿瘤免疫药物的大门。2014年,最早的两款PD-1抗体药物,来自默沙东公司的Keytruda(pembrolizumab)和来自施贵宝公司的Opdivo(nivolumab),先后获批上市,并在此后十年间应用于十余种肿瘤类型的治疗,彻底开启了肿瘤免疫治疗的全新时代。

为什么它会如此受重视呢?这是因为相比作用更为广泛的CTLA-4,肿瘤更多地会利用PD-1/PD-L1这组刹车来保障自身的生存,所以PD-1/PD-L1是更为合适和专一的肿瘤治疗靶点。

到了今天,PD-1这类药物已经成为了许多肿瘤治疗方案中的基石性药物。医生们往往会考虑将它们和很多其他的肿瘤药物联合使用,以更好地控制肿瘤的生长。

当然,过去十多年间人们也在持续不断地挖掘新的免疫检查点,开发新的免疫检查点药物。但是有个事实很让人沮丧,那就是尽管很多新的免疫检查点基因层出不穷,例如TIM-3、LAG-3、TIGIT、 Siglec-15等等,也已经有了对应的药物获批上市,例如LAG-3抗体药物Opdualag,但其治疗效果却都差强人意,任何一个后来者,别说超越了,哪怕只是部分靠近PD-1/PD-L1的巨大成功,都没有能够实现[10]。

这也让不少人产生了自我怀疑:PD-1/PD-L1的成功是否是个偶然?我们对免疫检查点的理解是否存在根本性的错误?还到底有没有新的免疫检查点可以用于有效的肿瘤治疗?

我们可以设想,在一款全新的免疫检查点抑制剂获得巨大成功之前,这些问题可能会在很长一段时间内困扰领域内的研究者和癌症患者。

CD3-L1的发现

但看起来这一天好像不远了。几个月前的一项全新研究,提示了一个很有潜力的可能性。

这项研究是复旦大学的许杰教授实验室完成的,发表于2024年4月的《细胞》杂志。在这项研究中,研究者们发现了一个全新的免疫检查点CD3-L1,并初步测试了抗体药物在动物自发肿瘤中的疗效。目前这款药物也已经进入了人体临床试验。[11]

和很多同行一样,许杰实验室也致力于发掘全新的免疫检查点用于癌症治疗。但他们使用了一个非常独特的搜寻方案。这个方案基于下面两个假设:

首先,如果确实存在重要性和PD-1/PD-L1等量齐观的新的免疫检查点“X”,那么肿瘤在从人体免疫系统逃逸的时候,就有了不止一个选择,要么选PD-1/PD-L1,要么选这个未知的X。因此,在那些PD-1类药物无效或者耐药的患者体内,以及在PD-L1表达量很低的肿瘤组织里,肿瘤细胞很可能就需要借助这个X来实现免疫逃逸。

其次,我们已经知道免疫检查点能够阻止免疫系统攻击自身细胞。人体当中有些器官存在所谓的“免疫豁免”(immune privilege)现象,例如眼球、胎盘和胎儿、睾丸、大脑等。这些器官能天然免于受到自身免疫系统的攻击。PD-1/PD-L1对于胎盘和胎儿的免疫豁免起到了关键作用,在小鼠中如果干扰PD-1/PD-L1的功能,会导致流产[12]。基于同样的道理,这个未知的免疫检查点X,也许也会在各种免疫豁免器官中大量表达,保护这些免疫豁免器官。

基于这两个假设,许杰实验室的研究者们分析了大量公开数据,在符合上面两个假设的交集中,找到了ITPRIPL1这个蛋白,并仿照PD-L1的命名逻辑,重新将它命名为CD3-L1。这个名称的具体来源,我们过会儿还会详细解释。

一方面,这个蛋白在小鼠的睾丸中大量表达,如果对它做基因敲除,小鼠睾丸中会出现明显的自身免疫症状,而且会导致雄性的小鼠不育。这个特征和PD-L1在胎盘和胎儿中的作用有明显的相似性。

其次,在肿瘤患者的样本中,PD-L1和CD3-L1也有明显的互斥关系:高表达PD-L1的肿瘤组织往往没有CD3-L1,反之亦然。这个特点也强化了这样一个可能性:PD-L1和CD3-L1作为平行的两条免疫逃逸通路,肿瘤细胞在繁殖过程中会二选一。

那么CD3-L1是如何起到给免疫系统踩刹车的作用的呢?和肿瘤细胞中的PD-L1作用类似,肿瘤细胞上的CD3-L1能够直接结合T细胞并降低后者的数量和活性。更具体来说,CD3-L1能够直接结合T细胞表面的一个蛋白,CD3ε,并起到抑制T细胞的作用——这也正是CD3-L1名称的来源。

CD3是T细胞表面重要的一个蛋白质复合体,它由四个结构类似的单元组成:两个CD3γ,一个CD3δ和两个CD3ε。这四个蛋白单元像短棍一样插入T细胞的细胞膜,一头留在细胞外接收环境信号,一头留在细胞内启动各种生物化学反应。

在T细胞工作的时候,T细胞表面的T细胞受体(TCR)专门负责目标细胞的识别,而和它紧密结合的CD3则负责调节T细胞的活动强度[13]。因此,肿瘤细胞可以利用自己表达的CD3-L1去结合T细胞表面的CD3,给T细胞踩刹车

CD3-L1抗体药物

基于这些发现,一个显然的问题就是:如果阻断了CD3-L1和CD3的结合,是不是就可以解除肿瘤细胞对免疫系统的抑制,重新激活T细胞,有效杀伤肿瘤呢?

研究者们筛选得到了一个单克隆抗体13B7,并对它的氨基酸序列进行了人源化改造。这个抗体分子能够很好地阻止CD3-L1和CD3的结合,也因此能很好地抑制T细胞的扩增和杀伤作用。

那它的实际药效如何呢?

在小鼠体内,这个抗体的安全性良好,而且也对多种植入小鼠体内的癌症细胞有明显的杀伤作用,包括结直肠癌、黑色素瘤、非小细胞肺癌、神经母细胞瘤等等。在用药之后,有更多的T细胞能够进入肿瘤内部并启动杀伤。

更为重要的是,这款单抗的药效看起来和PD-L1类药物类似,甚至在某些CD3-L1表达量高的肿瘤中,药效还会显著好于PD-L1类药物。

当然我们也知道,能治疗小鼠还是远远不够的,接下来的问题自然就是,这款抗体药物能否用于治疗人类的肿瘤呢?

这个问题回答起来其实并不容易。因为和传统直接杀伤肿瘤细胞的那些治疗手段,例如化疗、放疗、靶向药物不同,肿瘤免疫药物的作用机制要复杂得多,它涉及了肿瘤细胞和组织结构、各种免疫细胞、药物之间的复杂作用。

而考虑到小鼠和人类免疫系统的巨大差别,特别是考虑到在小鼠中人为植入癌细胞往往并不能很好地模拟人类肿瘤的发生和发展,实际上人们其实很难通过小鼠模型准确地预测一款药物在人类患者中的疗效。这其实也是过去十多年来肿瘤免疫药物开发领域的一个重要的困难。

还有,参考PD-1/PD-L1类的药物开发历史,这类药物往往只会在一小部分(大约10-15%)的患者中起效,对其他患者的作用则差强人意。

我们拿默沙东公司的Keytruda药物为例,在当前的临床使用方案中,医生往往会利用两个方法来确定患者是否适用:第一,患者的肿瘤组织是否有PD-L1的高表达;第二,患者的肿瘤组织是否有较多的基因变异,专业术语叫作“肿瘤突变载荷”(tumor mutational burden)[14]。

因此,如果CD3-L1抗体药物能进入临床应用,大概率也需要为它匹配合适的患者类型和筛选标准。

基于药物开发的这两大难点,第一是难以模拟人类癌症,第二是需要筛选合适的患者,研究者们做了两个重要的尝试

首先,他们找到了6条患有不同类型肿瘤的狗。这些狗的肿瘤完全是自发形成的,并非人为诱导也不是人工植入,因此能更好地模拟人类的肿瘤。

结果发现,CD3-L1抗体在全部6条狗里都看到了明显的疗效,其中5条狗出现了肿瘤显著缩小,还有1条狗的肿瘤生长被抑制了。这个结果当然比小鼠模型有更强的说服力。

其次,研究者们还分析了很多来自肿瘤患者的样本,发现CD3-L1这个基因在很多肿瘤类型中都有很高的表达量,而且更为重要的是,看起来肿瘤的CD3-L1越多,人体免疫细胞的活动就越弱,患者的生存期就越短。

参照PD-1/PD-L1药物的例子,这个发现一方面说明CD3-L1确实可能是肿瘤免疫逃逸的重要机制,另一方面也说明,我们可以通过CD3-L1表达量的高低来筛选合适的目标患者

好消息是,基于这些研究结果,CD3-L1抗体药物已经在2023年9月和2024年1月分别获得了美国和中国药监局的批准,进入了正式的1期临床研究,测试它对于多种晚期实体肿瘤的疗效和安全性,包括软组织和骨肉瘤、小细胞肺癌、非小细胞肺癌、结直肠癌、转移性黑色素瘤和其它实体瘤等等[15]。我们也将持续关注这款药物后续的临床开发进展。

好了,这就是本期《巡山报告》的全部内容。

我是王立铭,下个月6号,我继续为你巡山。

参考资料

[1]Goodnow, C. C., Cyster, J. G., Hartley, S. B., Bell, S. E., Cooke, M. P., Healy, J. I., Akkaraju, S., Rathmell, J. C., Pogue, S. L., & Shokat, K. P. (1995). Self-tolerance checkpoints in B lymphocyte development. Advances in immunology, 59, 279–368.
[2]Linsley, P. S., Greene, J. L., Tan, P., Bradshaw, J., Ledbetter, J. A., Anasetti, C., & Damle, N. K. (1992). Coexpression and functional cooperation of CTLA-4 and CD28 on activated T lymphocytes. The Journal of experimental medicine, 176(6), 1595–1604.
[3]Lenschow, D. J., Zeng, Y., Thistlethwaite, J. R., Montag, A., Brady, W., Gibson, M. G., Linsley, P. S., & Bluestone, J. A. (1992). Long-term survival of xenogeneic pancreatic islet grafts induced by CTLA4lg. Science (New York, N.Y.), 257(5071), 789–792.
[4]Bristol-Myers Squibb Company. (2024). Find out how ORENCIA works differently.https://www.orencia.com/about-orencia/how-orencia-works
[5]Leach, D. R., Krummel, M. F., & Allison, J. P. (1996). Enhancement of antitumor immunity by CTLA-4 blockade. Science (New York, N.Y.), 271(5256), 1734–1736.
[6]Nishimura, H., Nose, M., Hiai, H., Minato, N., & Honjo, T. (1999). Development of lupus-like autoimmune diseases by disruption of the PD-1 gene encoding an ITIM motif-carrying immunoreceptor. Immunity, 11(2), 141–151.
[7]Freeman, G. J., Long, A. J., Iwai, Y., Bourque, K., Chernova, T., Nishimura, H., Fitz, L. J., Malenkovich, N., Okazaki, T., Byrne, M. C., Horton, H. F., Fouser, L., Carter, L., Ling, V., Bowman, M. R., Carreno, B. M., Collins, M., Wood, C. R., & Honjo, T. (2000). Engagement of the PD-1 immunoinhibitory receptor by a novel B7 family member leads to negative regulation of lymphocyte activation. The Journal of experimental medicine, 192(7), 1027–1034.
[8]Latchman, Y., Wood, C. R., Chernova, T., Chaudhary, D., Borde, M., Chernova, I., Iwai, Y., Long, A. J., Brown, J. A., Nunes, R., Greenfield, E. A., Bourque, K., Boussiotis, V. A., Carter, L. L., Carreno, B. M., Malenkovich, N., Nishimura, H., Okazaki, T., Honjo, T., Sharpe, A. H., … Freeman, G. J. (2001). PD-L2 is a second ligand for PD-1 and inhibits T cell activation. Nature immunology, 2(3), 261–268.
[9]Dong, H., Strome, S. E., Salomao, D. R., Tamura, H., Hirano, F., Flies, D. B., Roche, P. C., Lu, J., Zhu, G., Tamada, K., Lennon, V. A., Celis, E., & Chen, L. (2002). Tumor-associated B7-H1 promotes T-cell apoptosis: a potential mechanism of immune evasion. Nature medicine, 8(8), 793–800.
[10]Sun, Q., Hong, Z., Zhang, C. et al. (2023). Immune checkpoint therapy for solid tumours: clinical dilemmas and future trends. Sig Transduct Target Ther 8, 320.
[11]Deng, S., Zhang, Y., Wang, H., Liang, W., Xie, L., Li, N., Fang, Y., Wang, Y., Liu, J., Chi, H., Sun, Y., Ye, R., Shan, L., Shi, J., Shen, Z., Wang, Y., Wang, S., Brosseau, J. P., Wang, F., Liu, G., … Xu, J. (2024). ITPRIPL1 binds CD3ε to impede T cell activation and enable tumor immune evasion. Cell, 187(9), 2305–2323.e33.
[12]Zeng, W., Qin, S., Wang, R. et al. (2020). PDL1 blockage increases fetal resorption and Tfr cells but does not affect Tfh/Tfr ratio and B-cell maturation during allogeneic pregnancy. Cell Death Dis 11, 119.
[13]Dong, D., Zheng, L., Lin, J., Zhang, B., Zhu, Y., Li, N., Xie, S., Wang, Y., Gao, N., & Huang, Z. (2019). Structural basis of assembly of the human T cell receptor-CD3 complex. Nature, 573(7775), 546–552.
[14]Yarchoan, M., Albacker, L. A., Hopkins, A. C., Montesion, M., Murugesan, K., Vithayathil, T. T., Zaidi, N., Azad, N. S., Laheru, D. A., Frampton, G. M., & Jaffee, E. M. (2019). PD-L1 expression and tumor mutational burden are independent biomarkers in most cancers. JCI insight, 4(6), e126908.
[15]上海柏全生物科技有限公司.(2024).http://www.biotroy.cn/news-m.html?article_id=121
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