Cell︱潘荣清等报道通过靶向线粒体凋亡来增强免疫疗法的一种新策略

撰文︱潘荣清

责编︱王思珍 

肿瘤耐药性是肿瘤复发和死亡的重要原因。凋亡逃逸是癌症的基本标志之一。大多数靶向治疗方案聚焦于癌症信号通路的上游靶点来诱导下游的细胞凋亡。尽管很多时候这种治疗策略起初效果很好，然而癌细胞复杂的信号转导网络常常可以在靶点下游或旁侧介导各种补偿机制造成肿瘤耐药性，导致治疗方案失败。靶向下游的线粒体凋亡可以绕过癌细胞复杂的信号网络直接诱导癌细胞凋亡，该策略正成为开发癌症疗法的新思路。潘荣清博士的主要研究方向是通过靶向线粒体凋亡来开发新型癌症治疗方案、增强癌症免疫疗法、通过合理联合用药来克服肿瘤抗性并研究抗性机制[1-4]。

2022年4月20日，哈佛医学院Dana-Farber癌症中心的潘荣清博士，Anthony Letai教授等在Cell上以Article形式发表了题为“Augmenting NK cell-based immunotherapy by targeting mitochondrial apoptosis” [4]的文章，发现靶向线粒体凋亡可以协同加强NK细胞对癌细胞的杀伤作用并阐明了相应机制，从而提出了增强癌症免疫疗法的一个新型策略。Cell编辑团队邀请了NK细胞权威Eric Vivier等做了题为“Advancing natural killer therapies against cancer”的相应评述[5]。

近年来免疫疗法成为癌症研究与治疗的新热点。自然杀伤（natural killer，NK）细胞能够自发识别并攻击癌细胞，其杀伤活性无MHC限制因而能够杀死突变负荷低或者没有新抗原（neoantigen）递呈的癌细胞。因此，理论上NK细胞能够用来治疗广谱的癌症类型并克服T细胞疗法中出现的抗性。同时异源NK细胞诱发GvHD（移植物抗宿主病）或CRS（细胞因子释放综合征）的风险比T细胞低很多。这些优点使得NK细胞疗法正在迅速发展。目前，尽管NK细胞疗法在实验室和临床上取得了一些可喜成果，然而整体上其疗效依然比较有限，因此如何提高NK细胞的治疗效果变得尤为重要。目前绝大多数研究围绕着两个焦点：1）优化NK细胞来源；2）增强NK细胞体内功能和持久性。

本文首次提出了一种独特策略：即如何使癌细胞更接近凋亡临界点，从而使其受到NK细胞攻击时更容易死亡。主要发现有（图1）：

一、此前线粒体凋亡在免疫细胞杀伤癌细胞时扮演的角色尚不明确。本文首先使用多个未经遗传修饰的血液和实体瘤细胞系证实NK细胞通过诱发线粒体凋亡来杀死癌细胞。

二、作者接下来使用两对线粒体凋亡缺陷的细胞系（一血液肿瘤一实体肿瘤），并使用多个效应细胞/靶细胞比例（E:T ratio）证实了线粒体凋亡通路对于NK细胞高效杀死癌细胞是必不可少的（尤其是在E:T<1时）。尽管使用高E:T比例时（比如E:T=3:1）, NK细胞可以在不同程度上杀死线粒体凋亡缺陷的细胞，但高E:T 比例并不是生理相关的（physiologically relevant），因为生理情况下肿瘤微环境中癌细胞数量通常远超过免疫杀伤细胞。（扩展：目前有大量免疫或癌症学者用裂解（lysis）一词来形容NK或细胞毒T细胞对癌细胞的杀伤作用。本文作者潘荣清博士认为这是不够恰当的。生理情况下E:T<1, 癌细胞通常并不会被免疫杀伤细胞裂解。目前很多论文中免疫杀伤试验使用10:1、5:1、3:1类似的高E:T比例，这会造成多个免疫细胞围攻一个癌细胞的局面。免疫杀伤细胞分泌的perforin可在癌细胞上打很多孔，癌细胞如不能迅速有效修复，会造成胞内外渗透压失调导致癌细胞裂解。但是这并不是physiologically relevant的。如前面提到的那样，在肿瘤微环境中癌细胞的数量通常远多于免疫杀伤细胞, 基本不会发生免疫杀伤细胞围攻癌细胞造成裂解的情况。该文强调了这一点。希望能引起学界注意并减少使用高E:T比列的artificial实验设计。（注：关于免疫细胞可以修复perforin打孔的文献，可以参考Ira Mellman组4月21日发表在Science上的封面文章[6]：https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.abl3855?af=R）。

三、传统上通常认为癌细胞受到NK或T细胞攻击时，结果是非生即死的二元结局。该Cell文章使用BH3 profiling技术测定了癌细胞在NK处理前和处理后到凋亡临界点的距离。首次发现NK细胞攻击癌细胞时存在中间态，即NK细胞可以将癌细胞推向一个更接近凋亡临界点的中间态（癌细胞“受伤”而非死亡）。

四、该研究发现线粒体的敏化状态（priming status,即距离凋亡临界点的远近）直接影响癌细胞对NK细胞的敏感性。基于此，本文提出使用BH3 mimetics（BCL-2、BCL-XL或MCL-1特异抑制剂）增加癌细胞线粒体敏化状态来提高NK细胞杀伤效果。但该策略的前提是NK细胞能够耐受BH3 mimetics。

五、该文发现静息（resting）状态下的NK细胞对BH3 mimetics非常敏感。然而令人意外的是，用含有IL-2的特殊培养基预激活NK细胞后，NK细胞获得了对BH3 mimetics极高的抗性。

六、然后作者分别使用依赖BCL-2、MCL-1和BCL-XL存活的细胞系，阐明NK细胞和相对应的BH3 mimetics可以高效协同杀死肿瘤细胞。

七、使用白血病和实体瘤异体移植模型，该研究发现NK细胞和BH3 mimetics可以协同降低肿瘤负荷并显著延长小鼠存活时间。

八、在体内和体外实验中，BH3 profiling技术可以准确测定癌细胞的依赖性进而预测哪一种BH3 mimetic药物可增强NK细胞的杀伤效果。

九、最后，作者在初步拓展研究中发现该策略可以应用到T细胞免疫疗法上，相关深入研究正在进行。

图1 文章总结图：通过靶向线粒体凋亡来增强免疫疗法的一种新策略

（图源：Pan R et al., Cell, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

该研究提出了一个新颖的，切实可行的策略来敏化（prime）癌细胞，使癌细胞更容易被免疫细胞杀死（图1）。同时该文提出并证实了线粒体凋亡信号通路是本策略的理论基础（图1）。在线粒体凋亡层面上，很多攻击并没有导致癌细胞凋亡，而是把癌细胞推向了更靠近线粒体凋亡的临界点。因而在免疫细胞攻击癌细胞前用其它手段把癌细胞推向临界点，免疫细胞就可以轻松高效地杀死癌细胞，并转向攻击下一个目标，加速免疫细胞对癌细胞的杀伤。本文成果预期会启发更多基础、转化、和临床研究，在不同癌症中深入探索BH3 mimetics等药物和NK或T细胞的联合使用效果。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.03.030 

哈佛医学院Dana-Farber癌症中心的潘荣清博士为该研究论文的第一作者，潘荣清和Anthony Letai教授为并列通讯作者。Dana-Farber的Kai Wucherpfennig教授、Jeremy Ryan 博士和清华大学的潘登博士是该文的合作作者。

第一作者并通讯作者潘荣清（左），通讯作者Anthony Letai（右）

（照片提供自：Anthony Letai实验室）

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[1] Pan, R., Ruvolo, V., Mu, H., Leverson, J.D., Nichols, G., Reed, J.C., Konopleva, M., and Andreeff, M. (2017). Synthetic lethality of combined Bcl-2 inhibition and p53 activation in AML: mechanisms and superior antileukemic efficacy. Cancer Cell 32, 748–760.e6.

[2] Pan R, Ruvolo VR, Wei J, et al. Inhibition of Mcl-1 with the pan-Bcl-2 family inhibitor (-)BI97D6 overcomes ABT-737 resistance in acute myeloid leukemia. Blood. 2015;126(3):363-372.

[3] Pan, R., Hogdal, L.J., Benito, J.M., Bucci, D., Han, L., Borthakur, G., Cortes, J., DeAngelo, D.J., Debose, L., Mu, H., et al. (2014). Selective BCL-2 inhibition by ABT-199 causes on-target cell death in acute myeloid leukemia. Cancer Discov. 4, 362–375 

[4] Pan R, Ryan J, Pan D, Wucherpfennig KW, Letai A. Augmenting NK cell-based immunotherapy by targeting mitochondrial apoptosis. Cell. 2022 14:S0092-8674(22)00340-3.

[5] Narni-Mancinelli E., and Vivier, E. (2022). Advancing natural killer therapies against cancer. Cell 185, 1451-1454

[6] Ritter AT, Shtengel G, Xu CS, Weigel A, Hoffman DP, Freeman M, Iyer N, Alivodej N, Ackerman D, Voskoboinik I, Trapani J, Hess HF, Mellman I. ESCRT-mediated membrane repair protects tumor-derived cells against T cell attack. Science. 2022\ 22;376(6591):377-382.

制版︱王思珍

本文完