前言

1957年,Burnet和Thomas提出了“免疫监测”假说,认为免疫系统可以监测并消除“外来”病原体,包括表达各种肿瘤特异性抗原和非肿瘤特异性抗原的恶性细胞,以维持一个稳定的环境。肿瘤免疫监视是限制肿瘤生长的重要过程,巨噬细胞在肿瘤细胞的识别和清除过程中起着重要作用。T细胞和自然杀伤细胞(NK)也是免疫系统中重要的效应细胞,在抗肿瘤免疫中也起着关键作用。肿瘤细胞逃避免疫识别和清除依赖于多种过程,包括诱导免疫抑制肿瘤微环境和降低肿瘤细胞免疫原性。肿瘤细胞免疫逃逸的一个关键机制是通过过度表达免疫抑制信号分子CD47。CD47被广泛认为是一种“不要吃我”的信号,它有助于在生理条件下维持非恶性细胞的免疫耐受性,但这种分子可以帮助不同癌症类型的癌细胞存活。在许多癌症类型中,与信号调节蛋白α(SIRPα)结合的CD47启动抑制性信号通路,导致恶性细胞逃避巨噬细胞的吞噬作用。抑制癌细胞中CD47信号的疗法可能会促进巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬,从而限制肿瘤生长。这为抗肿瘤治疗提供了可行的免疫靶点。

CD47的结构和配体的表征

CD47是一种具有糖基化的跨膜蛋白,在各种不同的细胞类型表达。CD47属于免疫球蛋白超家族,是由整合素、G蛋白和胆固醇组成的超分子复合物。CD47的结构包括与相应配体相互作用的胞外可变区、高疏水性跨膜段形成的跨膜区和亲水羧基端胞内区,CD47激活后可以介导细胞增殖、迁移、吞噬以及细胞凋亡,免疫稳态和抑制NO信号传导等一系列过程。

CD47的配体包括SIRPα、血小板反应蛋白-1(TSP-1)和整合素(αvβ3和α2β1)。SIRPα,也称为SHPS-1,是一种跨膜蛋白,其胞外区域含有三个免疫球蛋白超家族样区域:一个NH2末端的V型结构域和两个C1样的IgSF结构域,NH2末端结构域能够与CD47结合。SIRPα在髓系细胞膜上高表达,如巨噬细胞、粒细胞、单核细胞和髓样树突状细胞。它调节细胞迁移和吞噬活动,以及免疫稳态和神经网络的形成。TSP-1是一种同三聚体多结构域细胞外基质糖蛋白,属于细胞外分泌蛋白家族,由多种已知结合细胞外基质成分和细胞表面受体的结构域组成。TSP-1由血小板、单核细胞、巨噬细胞和其他多种非造血细胞分泌。TSP-1与CD47结合导致细胞内钙离子浓度和调节细胞存活和迁移的环腺苷酸/环磷苷的浓度变化,TSP-1还诱导细胞对组织损伤的反应。

CD47的表达与病理生理功能

癌细胞利用CD47的“不要吃我”的功能,在表面表达的CD47水平高于非恶性细胞;大量研究表明,CD47在不同类型的肿瘤中过度表达,包括骨髓瘤、平滑肌肉瘤、急性淋巴细胞白血病、非霍奇金淋巴瘤,乳腺癌,骨肉瘤,头颈部鳞状细胞癌。CD47高表达水平与癌症恶化的治疗反应和预后相关。

CD47的表达被巨噬细胞用来区分“自我”或“非自我”。CD47在非恶性细胞和多种癌细胞表面表达,可与髓系细胞(尤其是巨噬细胞)上的SIRPα跨膜蛋白结合,形成CD47-SIRPα信号复合物。SIRPα的细胞外IgV结构域与CD47结合,导致细胞内ITIM基序上的酪氨酸磷酸化;SIRPα也与含有酪氨酸磷酸酶的SH2结构域结合,这两种信号都能抑制肌球蛋白IIA在吞噬突触中的积累,并促进“不要吃我”信号的释放,这些信号抑制巨噬细胞介导的吞噬作用,保护正常细胞免受免疫系统的损害。相反,当CD47的表面表达减少时,CD47-SIRPα信号通路减弱,巨噬细胞可以向这些细胞移动并吞噬它们。正常红细胞上的CD47与巨噬细胞表面的SIRPα结合,产生阻止吞噬作用的抑制信号,但当红细胞衰老时,CD47的表达水平降低,CD47缺乏的衰老红细胞被视为外来物,并被脾脏中的巨噬细胞迅速清除。CD47及其配体不仅调节免疫反应,还介导各种病理生理过程,如中性粒细胞趋化和神经系统发育,并在免疫耐受和T细胞活化中发挥调节作用。

靶向CD47-SIRPa在抗肿瘤治疗中的作用机制

在肿瘤细胞表面过表达CD47可以帮助这些细胞逃避免疫细胞的监视和清除,使CD47成为新的抗肿瘤药物开发的一个极具吸引力的靶标。抗CD47可以阻断CD47-SIRPα抑制信号并促进巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬,并且可通过多种不同的机制发挥其抗肿瘤作用。

靶向CD47/SIRPα对巨噬细胞介导吞噬功能的影响

CD47抑制可以刺激巨噬细胞对癌细胞的吞噬功能。抗CD47抗体通过直接阻断表达CD47的肿瘤细胞与表达SIRPα的巨噬细胞的结合,增强巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬作用。用巨噬细胞耗竭特异性的化学物质(氯膦酸盐)处理小鼠可消除CD47阻断剂的抗肿瘤作用,支持了巨噬细胞在抗CD47介导的抗肿瘤反应中的作用。其他研究表明,抗CD47抗体可促进人NHL细胞移植小鼠的巨噬细胞吞噬活性。用抗CD47抗体和blinatumomab(靶向CD19和CD3)治疗NHL小鼠;这种联合疗法通过诱导癌细胞吞噬和T细胞毒性,持续控制淋巴瘤的进展。在小鼠结肠癌模型中,抗SIRPα抗体治疗可增强巨噬细胞吞噬活性并减少肿瘤进展,CD47-SIRPα信号可促进结肠癌细胞在富含肿瘤相关巨噬细胞的肿瘤微环境中的增殖和转移。

靶向CD47/SIRPα对巨噬细胞募集和极化的影响

除了增加吞噬功能外,阻断CD47还有可能增加巨噬细胞向肿瘤的募集。例如,抗CD47治疗后的吞噬作用可引起趋化因子和细胞因子的分泌,从而将其他的免疫细胞招募到肿瘤部位。CD47阻断性抗体Hu5F9-G4通过刺激促进巨噬细胞募集和活化的趋化因子的释放,从而抑制体内小细胞肺癌的生长。巨噬细胞极化状态也可以通过抗CD47治疗而改变,一项针对胶质母细胞瘤的研究发现,CD47阻断剂将肿瘤相关巨噬细胞转化为抗肿瘤状态,并增加巨噬细胞在肿瘤中的募集。

靶向CD47/SIRPα对适应性免疫应答的影响

CD47阻断可促进适应性免疫反应,例如,当用抗CD47抗体治疗时,在结肠癌模型中会诱导抗原特异性CD8+T细胞增殖和巨噬细胞吞噬功能,使调节性T细胞数量减少,表明抗CD47治疗可促进适应性T细胞免疫反应。此外,一项研究证实,抗CD47抗体通过激活CD8+T细胞和树突状细胞发挥肿瘤杀伤作用,这些细胞吞噬肿瘤细胞并呈递肿瘤特异性抗原,从而激活肿瘤细胞特异性适应性免疫。

靶向CD47/SIRPα对细胞介导细胞毒性的影响

抗CD47治疗可激活抗体依赖性细胞毒性介导的先天性免疫反应。一项针对头颈部鳞状细胞癌的研究表明,CD47表达增加与自然NK细胞介导的细胞毒性降低有关,而抗CD47抗体治疗增强了NK细胞介导的细胞毒性。其他研究也确定了CD47靶向疗法对CD47+癌细胞的直接细胞毒性,但靶向SIRPα结合表位的疗法不会对肿瘤细胞产生直接细胞毒性。

靶向CD47/SIRPα对肿瘤细胞凋亡的影响

CD47抑制也可诱导肿瘤细胞凋亡;例如,抗CD47抗体通过一种半胱天冬酶独立机制诱导凋亡来增加肿瘤细胞清除率。Song等人将CD47 siRNA慢病毒载体转染到KG1a AML细胞系中,抑制CD47的表达,发现这种处理降低了包括Bcl-2、Bcl-xl和MCL-1在内的抗凋亡基因的表达。Leclair等人比较了Jurkat T细胞系(表达高水平CD47的细胞)和JC47-2-4细胞系(表达低水平CD47的细胞),发现抗CD47抗体CC2C6以CD47依赖的方式诱导Jurkat细胞死亡。最近的一项研究还表明,用透明质酸合成抑制剂4-甲基伞形酮(4MU)治疗转基因小鼠,4MU下调HCC细胞上CD47的表达,可诱导细胞凋亡,减少炎症、脂肪变性和肿瘤干细胞标记物的表达。

靶向CD47/SIRPα对肿瘤细胞增殖和迁移的影响

抗CD47疗法可以抑制肿瘤细胞增殖。在小鼠淋巴瘤模型中,抗CD47抗体阻止淋巴瘤细胞增殖并延长生存期。用CD47阻断抗体治疗也能延缓胰腺肿瘤小鼠的转移进展和延长生存期。CD47与TSP-1结合抑制一氧化氮(NO)信号并限制NO的产生,从而加速破骨细胞的形成和激活,进而促进肿瘤细胞向骨的转移。此外,抗CD47治疗和化疗药物的协同作用可以提高患者源性肝癌异种移植小鼠模型的化疗效果,并抑制肝癌细胞在体内的生长和转移。

靶向CD47-SIRPa治疗的临床进展

目前,一些CD47靶向抗体或药物已进入临床试验,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抗体,TTI-621和ALX148是SIRPα-Fc融合蛋白。

Advani等人招募22例淋巴瘤患者(15例为DLBCL,7例为滤泡性淋巴瘤,95%为利妥昔单抗难治)进行1b期临床试验;在侵袭性和惰性淋巴瘤患者中,加入利妥昔单抗可增强Hu5F9-G4相关的吞噬功能;此外,接受治疗的患者出现的不良反应(如贫血、恶心、腹泻和输液相关反应)仅在最初几周出现,在试验的后期,临床安全性事件并未显著增加。最近的研究也提出了另一种方法,通过使用miRNA抑制来减少CD47的表达并减缓肿瘤细胞的生长。考虑到miR-708与CD47之间存在负相关,miR-708表达的恢复可以调节CD47的表达。此外,miR-708和抗CD47抗体治疗的联合应用可提高巨噬细胞对白血病CEM细胞的吞噬活性,因此可在未来的研究中用作组合抗白血病治疗。

靶向CD47-SIRPa抗肿瘤治疗的挑战

在小鼠和猕猴上使用抗CD47抗体进行的临床前研究表明,这些疗法具有良好的耐受性。然而,2017年,Arch Oncology 终止了抗CD47单克隆抗体Ti-061的I/II期临床试验,而2018年,Celgene终止了抗CD47单克隆抗体CC-90002治疗AML的临床试验。鉴于CD47的广泛表达,使用抗CD47抗体作为抗癌治疗的潜在问题包括可能的非靶向效应,如贫血。CD47也在造血系统的非恶性细胞表达,包括正常红细胞、衰老红细胞和血小板。Buatois等人表明Hu47F9-G4单独或与其他抗体结合可能导致正常红细胞意外死亡,可能导致贫血。然而,鉴于抗CD47抗体和SIRPα-Fc融合蛋白引起这种毒性,而高亲和力SIRPα单体则不会引起这种毒性,因此抗CD47抗体的毒性似乎是Fc依赖的。这些发现表明,未来的研究应该着眼于优化抗CD47治疗药物的结构,以期设计出无不良副作用的新药。除此之外,考虑到老年红细胞可能更容易被吞噬,在未来的CD47/SIRPα靶向治疗研究中,应考虑患者年龄。

所谓的“抗原沉默”效应也可能给抗CD47治疗的发展带来问题。CD47的普遍表达意味着一种药物可能需要大的起始剂量和/或频繁的给药来实现对CD47的有效阻断。另外,与CD47相比,SIRPα的组织学分布更为有限,这可能使其在靶向治疗时毒性更小并有更大的阻断作用。但是,对于中枢神经系统SIRPα的副作用应该考虑到。此外,由于序列相似,与其他SIRP家族成员(SIRPβ和SIRPγ)之间可能发生交叉反应,而人类SIRPα至少鉴定出10种多态性,靶向这些不同的受体亚型的后果尚不清楚。在未来的研究中,应研究靶向CD47及其配体的方法,特别是肿瘤细胞;这些方法可能包括新型药物载体,如改性仿生纳米颗粒或群体感应细菌。除了新的给药方法外,与腹膜内或皮下给药途径相比,肿瘤内给药也有可能带来更大的药物传递和疗效,并降低毒性。

如上所述,抗CD47治疗的挑战使人们开始研究联合治疗的使用,包括肿瘤细胞特异性调理抗体和T细胞检查点抑制剂。例如,在非霍奇金淋巴瘤的小鼠模型中,抗CD47抗体(BRIC126或B6H12)与抗CD20抗体(利妥昔单抗)相结合,导致异种移植瘤模型中的人类淋巴瘤细胞消融。这些方法可用于提高肿瘤特异性和降低对表达CD47的非恶性细胞的靶向毒性。在类似的方法中,另一种靶向CD47和CD19的双特异性抗体(NI-1701)被设计用于B细胞淋巴瘤和难治性白血病,而靶向CD47和PD-L1的融合蛋白也被证明通过激活适应性免疫反应具有抗肿瘤功效。

展望

鉴于CD47-SIRPα信号能够使恶性细胞逃避巨噬细胞介导的吞噬作用,抑制CD47-SIRPα信号轴是一种很有前途的癌症治疗策略,多种CD47靶向药物已进入临床试验。然而,这类治疗方法存在一系列生物安全性问题,包括贫血,临床前研究已经证明CD47靶向药物对不同肿瘤类型的疗效不同。此外,CD47-SIRPα复合物上游和下游的信号传导机制还不完全清楚。更好地了解肿瘤细胞逃避免疫清除的机制,以及抗CD47药物的给药途径的改进,将有助于开发新的、有效的抗癌治疗方法,增强对恶性细胞的吞噬功能。

参考文献:

1．  Advances in Anti-Tumor Treatments Targeting the CD47/SIRPα Axis． FrontImmunol． 2020; 11: 18．

2． 智慧芽PharmSnap情报库