基于巨噬细胞开发的肿瘤免疫疗法或成为一下个风口丨医麦新观察
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2019年3月17日/医麦客 eMedClub/--近年来，免疫检查点抑制剂和基因工程T细胞的过继转移已成为癌症的新型治疗方式。免疫检查点阻滞剂只对部分患者有效，而我们目前了解失败原因的能力仍非常有限。TAM最近作为诱导肿瘤部位免疫抑制的重要机制引起了关注。
巨噬细胞是先天性免疫的关键效应细胞，并且具有强大的吞噬作用。它也是肿瘤微环境的主要组成部分，协调免疫的各个方面，与肿瘤的排斥、促进和转移密切相关。
通常，机体的免疫系统可以识别并且杀伤肿瘤细胞，但是肿瘤细胞的伪善能力往往使得巨噬细胞成功“策反”。在一些情况下，巨噬细胞可占肿瘤总重量的高达50％，并且它们的丰度与大多数癌症中的不良临床结果相关。
肿瘤相关巨噬细胞(TAM)一开始要么是组织驻留巨噬细胞(起源于胚胎卵黄囊，在发育过程中扮演组织特异性角色)，要么是单核细胞(出生在骨髓中，在血液中循环，直到成年后被吸收到组织中)。肿瘤分泌信号分子，如集落刺激因子1 (CSF-1)和CC趋化因子配体2 (CCL2)，吸引单核细胞和组织驻留巨噬细胞，并将这些细胞转化为支持癌症的TAM表型。
TAM对肿瘤免疫的直接和间接调节作用（图片来源：Nature reviews | Immunology）
ANG2, 血管生成素2; ARG1, 精氨酸酶1; CAF, 癌症相关成纤维细胞; CCL, CC-趋化因子配体; VEGFA, 血管内皮生长因子A.
a | TAM可通过三种不同的机制直接抑制细胞毒性T淋巴细胞(CTL)反应，包括：
- 免疫检查点分子的表达，如程序性细胞死亡1配体1(PDL1)；
- 抑制性细胞因子，如IL-10和转化生长因子-β(TGFβ)的产生及其代谢活动，包括耗尽代谢物(如L-精氨酸)和活性氧(ROS)的产生。
b | TAM还可以通过控制免疫微环境间接抑制T细胞应答，包括：
- 募集免疫抑制群体(例如Treg细胞)，或抑制刺激性群体(例如树突状(DC)细胞)；
- 通过调节血管结构和调节细胞外基质(ECM)和趋化因子环境从肿瘤内区域排除T细胞，从而抑制T细胞募集。
目前处于临床试验的一些抗TAM药物（图片来源：NATURE REVIEWS |DRUG DISCOVERY）
2017年5月，马萨诸塞州综合医院(MGH)研究人员证明了一种令人惊讶的抗免疫检查点阻滞机制，并发表在Science Translational Medicine的论文中。他们在几种癌症小鼠模型中注射了被标记的PD-1抗体，活体成像显示：给药的几分钟内，PD-1抗体如预期的那样与肿瘤周围的T细胞结合，但很快地，TAM从T细胞中捕获了这些抗体，从而使它们失活。
TAM“抢夺”本已与T细胞结合的PD-1抗体（视频来源：Science Translational Medicine）
也许并不奇怪，当与免疫疗法结合时，巨噬细胞拮抗剂显示出组合功效，包括与其他检查点抑制剂的联合。目前正在进行这些组合的临床试验。
临床试验中的联合疗法（图片来源：Nature reviews | Immunology）
CD47-SIRPα
“别吃我”信号
巨噬细胞的吞噬活性受激活(“吃”)和抑制(“不吃”)信号的调节。CD47是一种广泛表达的跨膜糖蛋白，作为一种关键的抑制信号，通过与巨噬细胞表面的信号调节蛋白α(SIRPα)结合来抑制吞噬作用。
2009年，斯坦福大学的Irving Weissman教授在同期Cell上刊登两篇文章，详细的阐述了分布在细胞表面的CD47的作用，发现了“don’t eat me(不要吃我)”的信号。他的研究小组发现，几乎所有的癌细胞表面都有高水平的CD47分子，CD47通过与巨噬细胞表面与一种名为SIRPα的蛋白质结合，抑制了它们杀死癌细胞的能力。
癌细胞为了保护自己，在表面布置了比正常细胞更多的CD47；CD47与巨噬细胞表面的SIRPα结合，释放"Don't eat me"信号，巨噬细胞则不会吞噬肿瘤细胞；反之，CD47被抗体结合，肿瘤细胞会被巨噬细胞吞噬（图片来源：Cell Press）
现在，阻断CD47已经成为一种很有前景的癌症治疗策略，一些研究表明，使用抗CD47单克隆抗体阻断CD47 -SIRPα信号通路可以促进体外和体内抗肿瘤活性。
Tioma Therapeutics、Forty Seven、Celgene和Trillium Therapeutics等公司正在开发CD47抗体。国内方面，CD47单抗已经进入临床试验，包括恒瑞的SHR-1603和信达的IBI188。
Forty Seven由Weissman教授联合另外三名科学家创办，目前正在进行CD47单抗Hu5F9-G4的一项Ib期研究，联合CD20抗体利妥昔单抗(已上市)治疗复发或难治性非霍奇金淋巴瘤患者。
2018年11月，发表在NEJM的结果显示，参加试验的22名患者中，总共50％的患者具有客观(即完全或部分)反应，36％具有完全反应。另外，该研究中未观察到临床上显著的安全事件。
CD47抗体Hu5F9-G4联合利妥昔单抗治疗非霍奇金淋巴瘤（视频来源：NEJM）
然而，CD47广泛分布于人体各种细胞中，是细胞进化出的一种自我保护机制(可以和巨噬细胞表面的SIRPα相结合)。这导致了两个潜在的问题：
1) CD47与健康组织的结合(称为“组织抗原库”)需要施用更大的治疗剂量以实现癌细胞上足够的受体占据。临床前工作表明，诱导吞噬作用需要40-60％的受体占有率。
2) 直接抑制“不要吃我”的信号会引入潜在的脱靶毒性。通常，吞噬作用需要都缺乏CD47(“不要吃我”)和钙网蛋白(“吃我”)的表达。然而，衰老的红细胞增加了钙网蛋白(“吃我”)的表达。因此，简单的阻断CD47诱导吞噬必然会引起贫血。
但有几种方法可以减轻这些影响。Forty Seven开发的Hu5F9-G4采取先用诱导剂量，消除衰老的红细胞并促进网状细胞增多，以解决红细胞毒性问题。在当前的临床试验中，贫血表现为一过性，整体可控。
Trillium公司则采用了不同的方法。 它们的融合蛋白显示出对红细胞的最小结合活性，使它们能够以较低的治疗剂量(0.3mg / kg)获得足够的受体充足性。
目前以T细胞为目标的检查点阻断是一种适应性免疫反应，其基于基因组不稳定性。但是，巨噬细胞检查点阻断并不依赖于对肿瘤细胞上新生抗原(neoantigens)的识别，这两种方法相互补充，可以协同使用。
双特异性抗体
2019年2月26日，TG Therapeutics宣布启动其用于复发或难治性B细胞淋巴瘤患者的抗CD47/CD19双特异性抗体TG-1801的第一阶段人体临床试验，它也是目前首个启动一期临床试验的抗CD47/CD19双特异性抗体。
CD19是目前研究B细胞淋巴瘤的热点靶点，其在B细胞恶性肿瘤中广泛表达。CD47在红细胞和血小板正常细胞中普遍表达。通过同时靶向CD47和CD19，TG-1801有可能克服现有CD47靶向治疗的局限性，避免不加选择地阻断CD47从而导致对健康细胞的副作用。
TG-1801是一种完全人源化的IgG1，旨在通过多种机制靶向和耗竭B细胞。TG-1801保存了常规单克隆抗体的所有有利特征，并且同时添加了双特异性功能。此外，通过保留其IgG1 Fc的功能，该药物还可以诱导抗体依赖性细胞毒性(ADCC)，提供抗肿瘤活性的第二机制。
TG-1801结构（图片来源：Novimmune）
自组装纳米材料
马萨诸塞州阿默斯特大学的研究人员设计了一种自组装纳米材料，靶向巨噬细胞集落刺激因子(MCSF)和CD47。通过抑制这两种机制，可以唤醒巨噬细胞的抗肿瘤作用，并提高他们有效吞噬癌细胞的能力。
2018年7月2日，发表于Nature Biomedical Engineering的论文显示，这种双功能疗法在阻止动物模型中两种侵袭性肿瘤的生长和扩散方面比目前的巨噬细胞靶向疗法更有效。
“双管齐下”— —激活+解除抑制
仅仅阻断像CD47这样的抑制性信号可能并不足以说服巨噬细胞攻击癌症。针对两个信号，可能更有把握。首先，需要一个信号来激活它们 - 例如Toll样受体激动剂。之后，第二个信号 - 如CD47抑制剂 - 可以降低与癌症作斗争所需的门槛。
宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的Gregory L. Beatty博士说：“事实证明，巨噬细胞在开始工作之前需要被激活，这就解释了为什么实体瘤可能会抵抗CD47抑制剂的单药治疗。”
2019年1月21日，该团队相关研究发表在Nature Immunology上，发现通过CpG寡脱氧核苷酸(Toll样受体9激动剂)刺激可引起巨噬细胞中心碳代谢的变化，从而实现抗肿瘤活性。此外，即使不需要T细胞，它也能迅速诱导肿瘤缩小并延长小鼠的存活期。他们还发现，即使存在高水平的CD47，活化的巨噬细胞也能够食用癌细胞。
全球首创SIRP-α靶点检查点抑制剂
2018年4月，世界上最大的私有制药企业—勃林格殷格翰公司(Boehringer Ingelheim，BI)和OSE Immunotherapeutics，宣布了一项可能超过11亿欧元(约14亿美元)的全球独家合作和许可协议。根据该协议的条款，勃林格殷格翰获得了后者在研的SIRP-α(CD47受体)拮抗剂OSE-172的全球开发、注册和推广权利。
值得注意的是，OSE Immunotherapeutics是第一个将骨髓细胞的SIRP-α作为靶点的公司。
OSE-172是一种靶向在骨髓谱系细胞中表达的SIRP-α的单克隆抗体。其中SIRP-α是由骨髓谱系细胞如-DC、TAM和髓源性抑制细胞(MDSC)表达的受体。以SIRP-α为靶点，OSE-172能够阻止配体CD47结合并触发SIRP-α的细胞抑制效应。
OSE-172作用机制（图片来源：ose-immuno.com）
MHC I-LILRB1
第二个“别吃我”信号
又是Irving Weissman教授！2017年11月27日，这位大牛领导的一项重磅研究发表在Nature Immunology上，揭示了癌细胞上的第二个“don’t eat me(不要吃我)”信号。
新的研究表明，巨噬细胞表面上抑制性受体LILRB1可以与癌细胞上广泛存在的MHC1复合物的β2-微球蛋白成分(β2M)结合。此外，研究人员发现，这种结合与CD47途径一样，同样有助于癌细胞躲避巨噬细胞的吞噬，而且抑制LILRB1和MHC1复合物之间的结合显著减缓了小鼠体内肿瘤的生长。
Weissman表示，可以用特异性抗体阻断这个信号，以恢复巨噬细胞杀死癌细胞的能力。这种靶向巨噬细胞的方法与目前增强T细胞抗癌活性的免疫治疗方法相结合具有很大潜力。
激活CD40，抑制CSF-1R
“冷”肿瘤变“热”
已经被T细胞识别和渗透的“热”肿瘤更有可能对检查点免疫疗法有反应，而“冷”肿瘤通常对免疫疗法有抗性。因此，大多数肿瘤都是“冷”肿瘤，急需能够使免疫系统更好地消灭 “冷”肿瘤的方法。
CSF-1R主要在单核巨噬细胞系表达，CSF-1是其主要促生长、分化因子，所以针对CSF-1/CSF-1R轴可以直接作用于TAM或其前体细胞。
2018年，耶鲁大学的Susan Kaech博士发现了一种潜在的有希望的方法，通过CD40和CSF-1R通路靶向巨噬细胞。这种双重疗法激活CD40通路，同时抑制CSF-1R通路，能够减少免疫抑制的巨噬细胞数量，并增加抗肿瘤炎性的巨噬细胞数量，从而能够将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤，增强T细胞活性和肿瘤消除。这种方法还可能与检查点免疫疗法相结合，进一步提高T细胞攻击癌细胞的能力。
CAR-巨噬细胞
纵然CAR-T细胞疗法已经在治疗恶性血液肿瘤方面取得了优异的成绩。但其到达肿瘤部位却很困难，而且如果能到达肿瘤部位，还会遭遇到免疫抑制微环境。
为此，宾夕法尼亚大学Carl June博士联合几位明星科学家创办了Carisma Therapeutics，他们打算以一种不同寻常的方式挑战实体瘤：CAR-巨噬细胞(CARMA)。
Carisma希望收获看起来很臃肿的吞噬细胞，用CAR靶向技术重新对其设计，并将它们输送到患者体内发挥治疗作用。要知道，肿瘤中将近有一半的细胞是巨噬细胞，相对于T细胞，巨噬细胞可能在免疫抑制性微环境中更容易浸润肿瘤。
2018年7月，MaxCyte宣布基于mRNA非病毒技术开发的治疗实体瘤的CAR细胞疗法— —MCY-M11，已被FDA批准开始临床试验(NCT03608618)。这是全球首个基于mRNA非病毒技术开发的CAR细胞疗法。
MCY-M11作为下一代CAR工程细胞疗法的候选药物，是通过公司特有的CARMA™自体细胞治疗平台开发的。CARMA™自体细胞治疗平台是利用mRNA来设计外周血单核细胞(PBMCs,巨噬细胞的前身)，使其表达针对癌细胞的CAR。
参考出处：
DOI: 10.1038/s41577-019-0127-6
DOI: 10.3389/fonc.2018.00049
https://www.nature.com/articles/s41590-018-0292-y
https://www.nature.com/articles/nrd.2018.169
https://www.medscape.com/viewarticle/904183#vp_%3Cfont%20style=%22vertical-align:%20inherit;%22%3E%3Cfont%20style=%22vertical-align:%20inherit;%22%3E2%3C/font%3E%3C/font%3E
https://www.nytimes.com/2018/11/19/health/cancer-immunotherapy-drugs.html
https://www.healtheuropa.eu/breaking-tolerance-improving-cancer-immunotherapy/87101/
https://www.nejm.org/doi/abs/10.1056/NEJMoa1807315
https://www.pennmedicine.org/news/news-releases/2019/january/energizing-the-immune-system-to-eat-cancer
https://medicalxpress.com/news/2017-05-molecular-imaging-reveals-mechanism-resistance.html
http://stm.sciencemag.org/content/9/389/eaal3604
http://clincancerres.aacrjournals.org/content/23/4/1068
https://www.the-scientist.com/features/macrophages-play-a-double-role-in-cancer-29875
https://www.technologynetworks.com/biopharma/news/immunotherapy-for-non-hodgins-lymphoma-passes-safety-test-311366
https://www.epmmagazine.com/news/new-research-re-educated-macrophages-can-eat-tumours/
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