癌細(xì)胞的偽裝術(shù)：穿上馬甲后，它們就能躲過(guò)巨噬細(xì)胞的追殺嗎？
圖片來(lái)自sm.stanford.edu
唐元和年間，唐憲宗決心討伐淮西節(jié)度使吳元濟(jì)，削平藩鎮(zhèn)復(fù)興大唐。
公元817年十月初十，風(fēng)雪交加，李?lèi)逡归g調(diào)動(dòng)唐軍敢死隊(duì)三千人，身著白衣和茫茫大雪融為一體（民間傳說(shuō)待考證），并攪和城外池塘引得鵝鴨叫喚混淆視聽(tīng)，“愬至城下，無(wú)一人知者”，成功一舉攻占吳元濟(jì)的老巢蔡州城，由此便有了后人傳頌的《李?lèi)逖┮谷氩讨荨贰?/span>
這是中國(guó)歷史上一次著名的喬裝奇襲取得勝利的戰(zhàn)役。說(shuō)起喬裝打扮的“偽裝術(shù)”，動(dòng)物界也玩得爐火純青。如卡利瑪·伊納庫(kù)斯蝴蝶便是印度和日本發(fā)現(xiàn)的一種若蟲(chóng)蝴蝶，當(dāng)它的翅膀緊閉時(shí)如同一片枯黃樹(shù)葉，還原度幾近百分之百。
偽裝術(shù)競(jìng)技中腫瘤細(xì)胞也不甘示弱，本文來(lái)聊聊腫瘤細(xì)胞披上“別吃我”馬甲，如何在巨噬細(xì)胞眼皮底下裝成“良民”招搖過(guò)市。
如果讀完本文意猶未盡，此系列還有三篇癌癥科普文章：“癌細(xì)胞也能玩“特洛伊木馬計(jì)”，靠的是什么？”、“癌細(xì)胞胃口這么好，如何釜底抽薪 “餓死” 它們？”以及“在腫瘤治療領(lǐng)域，為何它是半路殺出的黑馬？”
撰文 | 丁 零（生物化學(xué)博士）
責(zé)編 | 李珊珊、葉水送
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癌細(xì)胞披上“別吃我”馬甲，能騙過(guò)巨噬細(xì)胞
近年來(lái)，腫瘤免疫療法快速晉升為生物醫(yī)藥圈的流量明星，多種PD-1抑制劑及CAR-T療法以“后浪拍前浪”之勢(shì)，沖擊著傳統(tǒng)療法。免疫療法簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是組建免疫細(xì)胞部隊(duì)，通過(guò)各種培訓(xùn)后解鎖其抗腫瘤技能，沖鋒陷陣和癌細(xì)胞進(jìn)行斗爭(zhēng)。
免疫細(xì)胞有兩個(gè)支部，先天（Innate）免疫和適應(yīng)性（Adaptive）免疫。
圖一：適應(yīng)性免疫系統(tǒng)成員；圖片來(lái)源：Engineering the Immune System（Christopher S. Bond Life Sciences Center）。
適應(yīng)性免疫的王牌部隊(duì)“殺手T細(xì)胞”無(wú)疑是得力的精兵強(qiáng)將，有著“狠、準(zhǔn)、久”主力軍特性。在PD-1抑制劑等裝備神助攻下，“殺手T細(xì)胞”敏銳發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞并使用“穿孔素”等“化骨散” ，果決地將敵軍一網(wǎng)打盡。
雖“殺手T細(xì)胞”戰(zhàn)果累累，但部分高冷實(shí)體瘤（cold tumor）卻執(zhí)意將它們擋在護(hù)城河外。隔岸觀火的“殺手T細(xì)胞”心有余而力不足，于是免疫軍營(yíng)的將領(lǐng)們便商量著重用巨噬細(xì)胞這個(gè)看似佛性，出手起來(lái)也毫不留情的“先鋒兵”。
巨噬細(xì)胞的英文名為Macrophage，希臘語(yǔ)里“Macro”是“大”的意思，Phage是“吃“的意思。人如其名，在人體內(nèi)巡邏時(shí)，巨噬細(xì)胞如果遇到病原體和癌細(xì)胞等異軍部隊(duì)，就以簡(jiǎn)單粗暴的方法把它直接吃掉，這個(gè)過(guò)程就叫做“吞噬作用”（phagocytosis），風(fēng)格和上世紀(jì)風(fēng)靡的“吃豆人”游戲有點(diǎn)類(lèi)似。
圖二：吞噬作用示意圖；圖片來(lái)源：Khan Academy。
巨噬細(xì)胞對(duì)癌細(xì)胞殺傷力沒(méi)有T細(xì)胞那么強(qiáng)悍，但在某些腫瘤組織中巨噬細(xì)胞占到了腫瘤總重量的一半[1]，理論上來(lái)說(shuō)憑“人海戰(zhàn)術(shù)”也能把癌細(xì)胞“吃”得個(gè)落花流水。然而，奇怪的是，部分巨噬細(xì)胞不但玩忽職守對(duì)癌細(xì)胞視而不見(jiàn)，還為其獻(xiàn)上生長(zhǎng)因子這種精品養(yǎng)分。
為了調(diào)查巨噬細(xì)胞是另有苦衷還是做錘失職的罪行，科學(xué)家們進(jìn)行了幾十年的探索，才找出巨噬細(xì)胞叛變的始作俑者CD47。
CD47是何方神圣？早在1990年，Hattie Gresham團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn)了CD47[2]。時(shí)隔近二十年，斯坦福大學(xué)的Weissman教授十年磨一劍和CD47死磕打底，在2009年《細(xì)胞》雜志上刊登文章證據(jù)確鑿地討伐CD47，指出其就是迷惑巨噬細(xì)胞的頭號(hào)嫌疑犯[3]。
具體來(lái)講，巨噬細(xì)胞有一個(gè)名為“SIRPα”的掃描神器，掃到訪客身上有CD47便會(huì)出現(xiàn)“綠碼”表示安全，于是SIRPα掃描儀得以激活并啟動(dòng)抑制吞噬程序。
腫瘤細(xì)胞識(shí)破了巨噬細(xì)胞的工作流程，便機(jī)智地套上CD47馬甲。憨厚的巨噬細(xì)胞巡邏時(shí)遇到癌細(xì)胞，在CD47馬甲的迷惑下，誤當(dāng)成自己人，不但友好放行還熱心腸地提供各種便利。
圖三：“別吃我”信號(hào)CD47和吞噬作用的關(guān)系；圖片來(lái)源：Front Oncol. 2015 Jan 29;5:7.。
上述研究發(fā)現(xiàn)是在動(dòng)物體內(nèi)完成，CD47在人體內(nèi)究竟有沒(méi)有現(xiàn)實(shí)作用？
Weissman教授繼續(xù)深耕，發(fā)現(xiàn)卵巢癌（Ovarian Cancer）、神經(jīng)膠質(zhì)瘤（Glioma）和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（Glioblastoma）等患者的存活時(shí)間和CD47多少息息相關(guān)[4]，間接肯定了CD47的重要性。
圖四：CD47 mRNA水平和實(shí)體瘤預(yù)后的關(guān)聯(lián)；圖片來(lái)源：Nat Rev Cancer, 2019. 19（10）: p. 541.。
拯救“迷途”的巨噬細(xì)胞
既然巨噬細(xì)胞得以沉冤昭雪，科學(xué)家又該如何幫助巨噬細(xì)胞擺脫癌細(xì)胞的操控，使其重新發(fā)揮抗癌作用？最簡(jiǎn)單的辦法就是阻止CD47-SIRPα配對(duì)，于是靶向CD47/SIRPα的藥物應(yīng)運(yùn)而生。
CD47/SIRPα特異性抗體等藥物可解鎖巨噬細(xì)胞對(duì)癌細(xì)胞的吞噬功能，破解“別吃我”迷魂陣，備受專(zhuān)家們吹捧，CD47也順利成為后PD-（L）1時(shí)代腫瘤免疫最重要的明星靶點(diǎn)之一。
圖五：SIRPα-CD47免疫檢查點(diǎn)對(duì)吞噬作用的調(diào)節(jié)；圖片來(lái)源：J Clin Oncol, 2019. 37（12）: p. 1012-1014。
除了促進(jìn)吞噬作用，科學(xué)家通過(guò)各種“缺胳膊短腿”抗體的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，驚喜地發(fā)現(xiàn)CD47/SIRPα抗體還有“一石多鳥(niǎo)”的功效。
圖六：SIRPα-CD47抗體；圖片來(lái)源：Trends Immunol, 2018. 39（3）: p. 173-184。
一個(gè)完整的CD47抗體體型和大力水手類(lèi)似，有著大而健碩的“Fab胳膊”用來(lái)抱住SIRPα，以及稍顯苗條的“Fc腿”。既然CD47抗體是靠“Fab胳膊”和SIRPα勾搭，進(jìn)而幫助癌細(xì)胞逃逸追捕，那“Fc腿”應(yīng)該無(wú)關(guān)緊要？有意思的是，缺少“Fc腿”的抗體竟然無(wú)法有效消滅腫瘤細(xì)胞[5]。進(jìn)一步試驗(yàn)證明，“Fc腿”本身也有促進(jìn)吞噬作用的技能。
此外，CD47抗體還能協(xié)助樹(shù)突細(xì)胞將抗原呈遞給T細(xì)胞，召集T細(xì)胞過(guò)來(lái)幫忙，齊心協(xié)力對(duì)付癌細(xì)胞；也可以直接激活腫瘤細(xì)胞凋亡途徑，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞群體性“自殺”[6]。
圖七： 靶向CD47的四個(gè)作用機(jī)理；圖片來(lái)源：Crit Rev Oncol Hematol. 2020 Aug;152:103014.。
是騾子是馬拉出來(lái)遛遛，是時(shí)候拿數(shù)據(jù)說(shuō)話了。
2017年年初，還是這位斯坦福的老先生Weissman教授，野心勃勃選取了五種惡性?xún)和X瘤進(jìn)行CD47抗體測(cè)試。這五種兒童腦瘤可是腫瘤界的大惡霸，極具致命性和殺傷力，一旦被盯上幾乎等同于死亡判決。
不過(guò)一物降一物，老先生驚喜地發(fā)現(xiàn) CD47抗體Hu5F9-G4確實(shí)可以抑制這五種兒童腦瘤的生長(zhǎng)：神經(jīng)膠質(zhì)瘤小鼠本21天左右就一命嗚呼，注射高劑量Hu5F9－G4后竟活了38天[7]。
圖八：CD47抗體在具有免疫能力的C57BL/6宿主中抑制腫瘤生長(zhǎng)；圖片來(lái)源： Sci Transl Med, 2017. 9（381）。
動(dòng)物數(shù)據(jù)這么給力，Weissman教授團(tuán)隊(duì)于是一鼓作氣啟動(dòng)人體臨床的探究。兩名患有透明細(xì)胞卵巢癌和輸卵管癌的患者經(jīng)過(guò)治療后，腫瘤分別小了50％和44％[8]。
圖九:（A）透明細(xì)胞卵巢癌患者和（B）輸卵管癌患者中觀察到了CD47抗體療效；圖片來(lái)源：J Clin Oncol, 2019. 37（12）: p. 946-953。
癌細(xì)胞的“偽裝術(shù)”這么輕而易舉就破解了？看到這，細(xì)心的讀者可能意識(shí)到一個(gè)破綻：癌細(xì)胞處心積慮披上CD47馬甲是為了喬裝打扮成“自己人”，不被巨噬細(xì)胞吃掉。用CD47抗體破壞癌細(xì)胞CD47的同時(shí)，如假包換的“自己人”是不是也會(huì)被連累？
很多正常細(xì)胞確實(shí)也穿著CD47這個(gè)“別吃我”馬甲，但癌細(xì)胞還得瑟得插了一些“吃我”的信號(hào)旗幟（如鈣網(wǎng)蛋白）。巨噬細(xì)胞在哈姆雷特式to eat or not to eat的思索中，悟出最佳解決方案是運(yùn)用東方哲學(xué)的精髓，找到“吃我”和“別吃我”信號(hào)之間的平衡，所以大部分健康細(xì)胞哪怕沒(méi)了“別吃我”馬甲，得益于“吃我”信號(hào)的缺失也可躲過(guò)一劫。
棘手的是，人類(lèi)重要的朋友紅細(xì)胞也有“吃我”信號(hào)，這意味著靶向CD47藥物在殺傷腫瘤細(xì)胞同時(shí)會(huì)不可避免誤傷紅細(xì)胞。事實(shí)上，有兩個(gè)臨床試驗(yàn)因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)患者紅細(xì)胞下降情況而被叫停。
兵來(lái)將擋，水來(lái)土掩。借鑒失敗經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)家開(kāi)啟了CD47抗體2.0升級(jí)版本的探索，摸索出三個(gè)主要對(duì)策：
紅細(xì)胞是兩側(cè)凹形，腫瘤細(xì)胞是球狀，身材不同在挑選CD47馬甲的時(shí)候自然品味各異，也就是說(shuō)腫瘤細(xì)胞和紅細(xì)胞表面的CD47其實(shí)款式不盡相同，理論上來(lái)說(shuō)完全可以找出只破壞腫瘤細(xì)胞CD47的抗體。
在所有CD47抗體海選的主辦方中，天境生物是絕對(duì)佼佼者。利用全人源抗體文庫(kù)和噬菌體展示技術(shù)，天境生物另辟蹊徑通過(guò)反向篩選最終獲得了CD47單抗冠軍選手TJC4。
與其他CD47抗體不同，TJC4能識(shí)別腫瘤細(xì)胞CD47獨(dú)特標(biāo)記，而該標(biāo)記在紅細(xì)胞上由于糖基化修飾不能充分暴露，因此TJC4對(duì)紅細(xì)胞的結(jié)合力微弱。
TJC4臨床一期初步結(jié)果顯示單注射給藥從1mg/kg至30mg/kg劑量范圍內(nèi)患者都未發(fā)生嚴(yán)重的血液學(xué)不良事件。天境生物也憑借TJC4這個(gè)種子選手，獲得了艾伯維29億美元的贊助費(fèi)用。
和海選并行開(kāi)展還有抗體再改造。如果挑不到合適的，花功夫包裝二類(lèi)選手也不失為一捷徑。
Trillium Therapeutics全新打造的TTI-621就是人SIRPα的N端V結(jié)構(gòu)域與人IgG1 Fc區(qū)融合構(gòu)成的抗體融合蛋白，數(shù)據(jù)顯示可最大限度減少與紅細(xì)胞的結(jié)合，從而將貧血降至最低。
保全大局，犧牲衰老紅細(xì)胞
和老化紅細(xì)胞不一樣，新生紅細(xì)胞表面表達(dá)“吃我”信號(hào)較低，因此對(duì)CD47抗體介導(dǎo)的吞噬作用不太敏感。發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律后，Weissman教授創(chuàng)始的Forty Seven公司開(kāi)發(fā)了CD47抗體Hu5F9-G4，并且使用了別出心裁的二步給藥方案。
第一步先給患者1mg/kg的啟動(dòng)劑量，用來(lái)犧牲掉體內(nèi)老化紅細(xì)胞，雖然會(huì)導(dǎo)致暫時(shí)性輕度貧血，但也可以刺激網(wǎng)織紅細(xì)胞成熟，補(bǔ)償性分化出新鮮的年輕紅細(xì)胞；第二步便可以高枕無(wú)憂放心使用較高劑量的抗體（30 mg/kg）實(shí)現(xiàn)抗腫瘤作用。
臨床數(shù)據(jù)顯示Hu5F9-G4聯(lián)合阿扎胞苷對(duì)骨髓增生異常綜合征（MDS）和急性髓系白血病（AML）患者治療具有良好的效果。24名MDS患者中，總緩解率達(dá)到92%，50% 患者實(shí)現(xiàn)完全緩解；22名AML患者中，總緩解率為64%，完全緩解率為41%。
雙劍合璧乘勝追擊
CD47靶向藥物千好萬(wàn)好畢竟身單力薄，下一步計(jì)劃就是拉上志同道合的伙伴一起行動(dòng)。要知道前輩PD-（L）1可是召集了幾百號(hào)盟友[9]，才進(jìn)一步鞏固了揮斥方遒的江湖地位。
上文已提到Hu5F9-G4聯(lián)合阿扎胞苷的臨床試驗(yàn)，接下來(lái)再舉幾個(gè)例子：
CD47抗體阻斷吞噬作用后可將腫瘤抗原呈遞給T細(xì)胞，從而誘導(dǎo)T細(xì)胞追殺癌細(xì)胞。因此與T細(xì)胞抑制劑（PD-（L）1）聯(lián)合不失為一妙計(jì)。多項(xiàng)臨床前研究已經(jīng)表明CD47與PD-（L）1抑制劑確實(shí)合作愉快，發(fā)揮了一加一大于二的作用。
圖十一：CD47和PD-1聯(lián)合療法對(duì)腫瘤體積的影響；數(shù)據(jù)來(lái)源：[10]。
在臨床試驗(yàn)中也CD47和PD-（L）1抗體也表現(xiàn)出色， 67%的患者接受RRx-001（CD47抗體）和納武單抗治療后疾病得以有效的控制（NCT02518958）。
此外和利妥昔單抗（CD20抗體）的聯(lián)合療法也得到初步臨床驗(yàn)證。臨床1b期研究（NCT02953509）評(píng)估了CD47抗體5F9聯(lián)合利妥昔單抗在22例復(fù)發(fā)或耐藥的彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤（DLBCL）或?yàn)V泡性淋巴瘤中的有效性及安全性：50%患者客觀緩解，其中36%為完全緩解。濾泡性淋巴瘤患者的客觀緩解率為71%，高于DLBCL 患者（40%）[11]。
圖十二：5F9聯(lián)合利妥昔單抗臨床數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)來(lái)源：N Engl J Med, 2018. 379（18）: p. 1711-1721。
既然癌細(xì)胞被不被吃掉取決于“吃我”和“別吃我”信號(hào)的平衡，按照這個(gè)思路不難想到增強(qiáng)“吃我”信號(hào)可讓CD47抗體如虎添翼。增強(qiáng)“吃我”信號(hào)的方法包括化療、細(xì)胞毒性劑、以及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的藥物等，比如上文提到的Hu5F9-G4和阿扎胞苷的聯(lián)用。
單單抑制CD47后仍有一些癌細(xì)胞對(duì)吞噬作用產(chǎn)生抵抗。是“吃我”信號(hào)太強(qiáng)？CD47抑制不夠徹底？巨噬細(xì)胞觸達(dá)不到腫瘤區(qū)域？還是另有蹊蹺？
帶著這些疑問(wèn)， Weissman教授猜測(cè)極有可能CD47抗體奈何不了的癌細(xì)胞存在其它“別吃我”信號(hào)。不出所料，Weissman教授又發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)“不吃我”信號(hào)分子：MHC1和CD24。不得不說(shuō)癌細(xì)胞玩的都是套路。
和正常細(xì)胞比，部分癌細(xì)胞有更多的CD24[12]，并且CD24和巨噬細(xì)胞上的Siglec-10相結(jié)合（類(lèi)似CD47和SIRPα這對(duì)CP）后也會(huì)釋放“別吃我”信號(hào)：“將患者的癌細(xì)胞與巨噬細(xì)胞混合在一個(gè)培養(yǎng)皿中，然后阻斷CD24與Siglec-10之間的相互作用，巨噬細(xì)胞就會(huì)像享用自助餐一樣狼吞虎咽地吞噬癌細(xì)胞”[13]。
圖十三：CD24/Siglec-10信號(hào)通路；數(shù)據(jù)來(lái)源：Nature, 2019. 572（7769）: p. 392-396 。
盡管還需要更多數(shù)據(jù)支撐，值得推敲的是CD24與CD47似乎以互補(bǔ)的方式發(fā)揮作用。有些癌癥，如血癌，對(duì)CD47抗體非常敏感，但對(duì)CD24抑制劑卻不那么感冒；而其它癌癥如卵巢癌，情況正好相反。果然是一個(gè)蘿卜一個(gè)坑。
圖片來(lái)源：Nat Rev Drug Discov. 2019 Sep;18（10）:747; Simon Bradbrook。
CD47-SIRPα 吞噬信號(hào)通路最早于1990年被發(fā)現(xiàn)，一直到2009年，人們才發(fā)現(xiàn)抑制CD47可恢復(fù)巨噬細(xì)胞吞噬癌細(xì)胞的技能[14]。接下來(lái)短短10年間，超過(guò)20個(gè)CD47抗體紛紛進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，MHC1 -LILRB1[15]和CD24- Siglec-10[12]兩條新的“別吃我”信號(hào)通路也被相繼發(fā)現(xiàn)。
第二代CD47抗體從初期臨床數(shù)據(jù)來(lái)看很好地控制了“傷及無(wú)辜”，但整體治療功效如何，是否能為PD-（L）1不響應(yīng)患者提供新的治療方案，除了已知的“別吃我”信號(hào)是否還有其他漏網(wǎng)之魚(yú)？如何科學(xué)地替CD47抗體尋找合作伙伴？相信在不久的將來(lái)這些問(wèn)題會(huì)被一一解答，CD47等抗體也會(huì)有更多嶄露頭角的機(jī)會(huì)。
作者簡(jiǎn)介：
丁零，生物化學(xué)博士，青年寫(xiě)作者。曾就職霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所及MD安德森癌癥中心，現(xiàn)從事咨詢(xún)行業(yè)。
制版編輯 | Morgan
