Nature｜攻克难成药磷酸酶靶点，双重效应增强抗肿瘤免疫

Journal Club

 汇聚思想，点燃新识

Journal Club 凝聚了一批热爱科学、享受科学、传播科学的探索者和发现者。他们志同道合，他们青春飞扬，他们与科学共舞。在这里，你可以收获最新、最真的行业资讯和来自科研一线的文献解读。你关心的就是我们要说的，我们将用最质朴、最客观的文字书写有深度、有温度的科学。Journal Club，与你畅游Journal世界，和你共享科学蔚蓝。

目前，免疫检查点阻断（ICB）疗法在部分患者中已经取得较好疗效，但许多患者仍然响应率不高，因此需要新的技术与方法来克服耐药性的问题。非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶PTPN2与PTPN1是多种细胞因子信号通路和TCR信号通路的负调控因子¹，它们在肿瘤细胞中的基因缺失可增强抗肿瘤免疫²。现有研究表明PTPN2/N1通过去磷酸化JAK和STAT家族成员抑制炎症³，同时PTPN2能够靶向TCR信号分子从而抑制T细胞的抗原敏感性⁴。还有研究表明敲除PTPN2/N1可以促进T细胞分泌IL2，控制肿瘤生长⁵。因此靶向PTPN2与PTPN1对于提升抗肿瘤免疫疗效具有广泛的前景。然而磷酸酶具有高度极性的活性位点，被认为无法成药。尽管目前已鉴定出具有效酶活性的PTPN1抑制剂，但其表现出较弱的细胞活性以及较差的药代动力学特性。且当体内给药时，此类类似物不能有效抑制细胞中的靶标⁶。因此开发相关磷酸酶的抑制剂是当前重要的科学问题。

2023年10月4日，AbbVie公司Philip. Kym与博德研究所 Robert Mangus、Kathleen Yates教授团队在Nature上发表题为The PTPN2/PTPN1 inhibitor ABBV-CLS-484 unleashes potent anti-tumour immunity的研究性论文。该研究发现并鉴定了一种有效的PTPN2和PTPN1活性位点抑制剂ABBV-CLS-484 (AC484)。AC484通过增强JAK-STAT信号传导、减少T细胞耗竭、改善炎症肿瘤微环境，促进NK细胞和CD8⁺ T细胞功能等方式提升抗肿瘤免疫疗效。该抑制剂为癌症免疫治疗提供了一种新策略。

首先，作者试图鉴定一种双重PTPN2/N1抑制剂来进一步增强抗肿瘤活性。基于已开发的PTPN1抑制剂——噻二唑烷酮二氧化物结构的药物设计，作者优化了噻二唑烷酮二氧化环和萘基侧链附近的相互作用，从而发现了A-650，其表现出对PTPN2和PTPN1的强效抑制但理化性质较差。作者随后对A650的胺侧链进行优化并将其命名为AC484（图1a-b, d-e）。分子对接实验表明AC484能够与PTPN2/N1的活性位点相互作用（图1c）。AC484剂量递增的小鼠药代动力学表明口服AC484可以在体内达到有效的药物水平（图1f）。此外，在生化磷酸酶筛选中，AC484对PTPN2/N1没有出现脱靶效应。

图1. PTPN2/N1活性位点抑制剂AC484的发现

肿瘤细胞中PTPN2或PTPN1的缺失会增强IFN信号转导，因此作者下一步试图验证AC484对基因缺失的影响。结果表明AC484在体外能够剂量依赖性地增强IFN-γ驱动的细胞生长阻滞（图2a-b），且用AC484处理能够诱导（但非自发激活）IFN刺激基因（ISGs）转录水平增加（图2c），增强肿瘤对T细胞介导的毒性的敏感性（图2d-f）。此外，作者使用PRISM平台表明AC484几乎增加了所有人类癌细胞系对IFNγ的敏感性，并抑制了表现出内在炎症特征的癌症的生长。将AC484与体外原代小鼠T细胞共孵育，作者发现其能够促进T细胞活化以及IFN-γ和肿瘤坏死因子（TNF）的产生（图2g-i）。随后作者将AC484与人类全血样本共孵育，发现其能剂量依赖性地促进T细胞活化及功能（图2i），提升健康或癌症患者全血中STAT5的磷酸化水平（图2k）。因此AC484对PTPN2/ N1的双重抑制能够有效地抑制肿瘤细胞的生长以及促进T细胞活化。

图2. AC484提高小鼠和人类肿瘤细胞对IFN-γ的敏感性并且增强T细胞的体外活化与功能

已有研究表明PTPN2功能缺失单核苷酸多态性与人类自身免疫性疾病有关，PTPN2完全缺失的小鼠在出生后几周就会死于系统型免疫激活⁷。因此，作者需要确定口服全身性PTPN2/N1抑制剂的安全性。在证明AC484耐受可以高达150 mg kg-1的每日剂量后，作者进一步比较AC484治疗与抗PD-1阻断在B16黑色素瘤、KPC胰腺癌、4T1乳腺癌或EMT-6乳腺癌皮下肿瘤小鼠中的疗效差异。在四种模型中，AC484处理均成功消退了肿瘤，提高了生存率，并且疗效相当或优于抗PD-1治疗（图3a-b）。在评估AC484在同基因转移模型中的疗效实验中，结果显示AC484不仅增强对已建立肿瘤的控制，而且还改善了对弥散性转移性疾病的监测（图3c-d）。进一步地，作者通过PTPN2/N1缺失B16肿瘤确定AC484的疗效是通过PTPN2/N1来抑制肿瘤细胞，并且AC484治疗同时增强了多种免疫效应群体的活性，包括CD8⁺ T细胞和NK细胞（图3e-g）。

图3.全身给药AC484诱导免疫依赖性小鼠模型的肿瘤消退

接着，作者试图分析与抗PD-1相比AC484诱导的免疫浸润和细胞状态的变化。免疫荧光显微镜结果显示AC484治疗提高了肿瘤浸润CD45⁺和CD8⁺T细胞的比例，水平与抗PD-1类似（图4a-b）。单细胞转录谱分析显示AC484诱导许多免疫亚群的比例和转录状态发生了巨大变化，包括CD8⁺ T细胞和NK细胞的相对频率显著增加，并且M1/M2巨噬细胞的比例以及单核细胞与髓源性抑制细胞(MDSCs)的比例也显著增加（图4c-f）。这些结果表明，PTPN2/N1抑制能够引发髓系亚群的促炎表型，促进炎症肿瘤微环境(TME)的形成，并且这与抗PD-1诱导的微环境重塑作用不同。

图4. AC484促使TME炎症表型的发生

接下来，作者进一步研究PTPN2/N1抑制对淋巴细胞的影响。结果表明AC484处理显著增加了肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）的总数，减少了调节性T细胞数量，提高了NK 细胞的数量和活性，并且诱导一种高表达granzyme B、perforin 1和IFNγ等细胞毒性和效应基因的特殊CD8⁺ T细胞（图5a-b）。并且AC484还能降低CD8⁺ T细胞中耗竭标志物 TIM-3 和 TOX 的表达，减少T细胞耗竭（图5c-f）。这种治疗还引发了多个JAK-STAT信号通路（例如IL-2-STAT5）的激活，引起效应CD8⁺ T细胞的转录和表观遗传学重编程，促进效应细胞功能（图5g-i）。

图5. 小鼠全身给药AC484可增强TME中IL-2-pSTAT5信号传导并诱导不同的T细胞分化状态

最后，作者探讨了AC484处理增强NK细胞和CD8⁺ T细胞功能的相关机制。作者首先证实了PTPN2/N1的全身抑制能够诱导STAT5通路的激活和T细胞衰竭相关的标记物的减少（图6a-f）。与对照相比，AC484改善了T细胞的代谢功能，增强了线粒体活性，提高了细胞外酸化率(图6g)。且相关的表观遗传和代谢变化，即使在药物去除后也会持续存在(图6h)。体外细胞毒性试验表明AC484剂量依赖性地增加了NK细胞GZMB的表达以及对肿瘤细胞的杀伤能力(图6i-j)。AC484在慢性抗原暴露过程中能够显著降低T细胞耗竭相关基因的表达，提高CD8⁺ T细胞和NK细胞的细胞因子产量和细胞杀伤活性（图6k-n）。因此AC484在抗癌治疗中表现出与传统PD-1抑制剂不同的作用机制。

 图6. AC484处理诱导强效NK和T效应细胞

综上所述，作者通过结构优化发现并鉴定了ABBV-CLS-484 (AC484)是一种有效的PTPN2/N1活性位点抑制剂。AC484治疗能使肿瘤细胞对IFN-γ敏感，并增强T细胞和NK细胞的激活和功能。在机制上，AC484通过激活多种JAK-STAT信号通路，引起表观遗传、转录和代谢变化，提高免疫效应细胞的功能，同时减少T细胞的耗竭。基于临床前毒理学研究中的安全性，AC484目前正处于临床I期研究阶段，作为单药或与抗PD-1联合治疗实体瘤。

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06575-7

参考文献

参考文献

1. LaFleur, M. W. et al. PTPN2 regulates the generation of exhausted CD8⁺ T cell subpopulations and restrains tumor immunity. Nat. Immunol. 20, 1335–1347 (2019).

2. Manguso, R. T. et al. In vivo CRISPR screening identifies Ptpn2 as a cancer immunotherapy target. Nature 547, 413–418 (2017).

3. Simoncic, P. D., Lee-Loy, A., Barber, D. L., Tremblay, M. L. & McGlade, C. J. The T cell protein tyrosine phosphatase is a negative regulator of Janus family kinases 1 and 3. Curr. Biol. 12, 446–453 (2002).

4. Wiede, F. et al. T cell protein tyrosine phosphatase attenuates T cell signaling to maintain tolerance in mice. J. Clin. Invest. 121, 4758–4774 (2011).

5. Wiede, F. et al. PTPN2 phosphatase deletion in T cells promotes anti-tumour immunity and CAR T-cell efficacy in solid tumours. EMBO J. 39, e103637 (2020).

6. Combs, A. P. Recent advances in the discovery of competitive protein tyrosine phosphatase 1B inhibitors for the treatment of diabetes, obesity, and cancer. J. Med. Chem. 53, 2333–2344 (2010).

7. Heinonen, K. M. et al. T-cell protein tyrosine phosphatase deletion results in progressive systemic inflammatory disease. Blood 103, 3457–3464 (2004).

供稿 | 娄鑫垚

审稿 | 丛野

责编 | 囡囡

排版 | 可洲

微信号：FRCBS-THU

因扫码入群人员已满，可扫码添加中心官方微信号，管理员邀请入群

精彩回顾

精彩回顾

点击上方卡片

关注我们吧

THE END

我知道你“在看”哟