Nature︱PTPN2/PTPN1双重抑制剂ABBV-CLS-484的发现及抗肿瘤免疫活性的探索

撰文︱Iris Chu

责编︱王思珍

免疫检查点阻断能够使人体免疫系统识别和攻击癌细胞，已显示出治疗的有效性，但癌细胞具有复杂的抵抗机制致使大多数患者收效甚微，因此需要新的方法来克服耐药性[1]。非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶2（Tyrosine-protein phosphatase non-receptor type 2，PTPN2 or TC-PTP）和其同源物非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶1（Tyrosine-protein phosphatase nnon-receptor type 1，PTPN1 or PTP-1B）是几种细胞因子信号通路和T细胞受体（T cell receptor，TCR）信号的负调控因子，是炎症的关键检查点，其在肿瘤细胞或免疫细胞中的基因缺失促进抗肿瘤免疫[2] [3]。然而，磷酸酶是具有挑战性的药物靶点，其磷酸酶活性位点需要高极性抑制剂来驱动酶的效力，被认为是“不可成药”。尽管已鉴定出具有有效酶活性的 PTPN1 抑制剂，但报道的化学型表现出较弱的细胞活性和较差的药代动力学特性[4]。且当体内给药时，此类类似物不能有效抑制细胞中的靶标。而针对 PTPN2 的变构抑制剂尚未被发现。基于PTPN2/N1在肿瘤和免疫细胞中的重要性及其活性位点的高度同源性，是否存在能同时靶向PTPN2/N1的小分子抑制剂呢？同时靶向PTPN2/N1疗法是否直接作用于肿瘤细胞并增加免疫细胞的抗肿瘤活性来发挥双重抗癌机制呢？

2023年10月04日，分别来自于麻省理工大学、哈佛大学、剑桥大学及马萨诸塞州总医院的 Jennifer M. Frost、Kathleen B. Yates、Philip R. Kym及Robert T. Mangu教授研究团队在Nature上发表了题为“The PTPN2/PTPN1 inhibitor ABBV-CLS-484 unleashes potent anti-tumour immunity”的研究。在该研究中，研究者通过药物设计和优化，发现了能同时作用PTPN2和PTPN1的活性点抑制剂ABBV-CLS-484(AC484)。研究表明，AC484体外治疗增强了对干扰素的反应，并促进了免疫细胞亚群的激活和功能。在对PD-1阻断具有耐药性的癌症小鼠模型中, AC484单药治疗产生了强大的抗肿瘤免疫力。除此之外，AC484通过增强Janus激酶/信号转导与转录激活子（The Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK–STAT）信号传导和减少T细胞功能障碍，使进肿瘤微环境炎症的发生，并促进自然杀伤细胞（Natural killer cell，NK）和CD8⁺T细胞功能。PTPN2和PTPN1抑制剂为癌症免疫疗法提供了一种有前景的新策略，目前正在晚期实体瘤患者中进行评估。

首先，研究者描述了PTPN2/N1双重抑制剂的发现和特性。PTPN2和PTPN1具有高度同源的活性位点（图1a-c），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，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。A-650对PTPN2和PTPN1均表现出了强大的生物化学抑制作用（图1d）。尽管在B16F10小鼠黑色素瘤细胞中，干扰素γ（Interferon-γ，IFN-γ）诱导的STAT1（PTPN2和PTPN1的直接靶标）磷酸化的测定中表现出中等的细胞活性（图1e），但较差的理化性质阻碍了其作为候选药物的发展。随后，研究者改变萘基核部分，使其部分饱和得到氨基四氢萘并优化胺基侧链，从而发现了AC484（图1d）。通过分子对接，证实了AC484与PTPN2蛋白及PTPN1的活性位点的相互作用。AC484是一种两性离子化合物，具有低血浆蛋白结合率和低清除率。体外或体内显示它通过肾脏和胆汁清除机制清除。通过AC484剂量递增的小鼠药代动力学（图1f），证明口服AC484可以在体内达到有效的药物水平。此外，在生化磷酸酶筛选中，AC484对PTPN2/N1表现出高选择性，且没有脱靶效应。

图1. PTPN2/N1活性位点抑制剂AC484的发现。

研究者对比PTPN2/N1抑制与基因缺失的作用，发现AC484在体外剂量依赖性地增强IFN-γ驱动的生长停滞（图2a-b），且用AC484处理会诱导IFNγ治疗后IFN刺激基因（IFN-stimulated genes，ISGs）的表达增加（图2c），增强肿瘤对T细胞介导的毒性的敏感性（图2d-e）。将AC484与体外原代小鼠T细胞或人类全血样本共孵育，均会增加T细胞的活化以及促炎细胞因子IFN-γ和肿瘤坏死因子（Tumor necrosis factor, TNF）的产生（图2g-i）。值得注意的是，AC484在Ptpn2缺陷或Ptpn1缺陷的B16肿瘤细胞中表现出附加的生长抑制作用，在T细胞中表现出相加的激活作用。证明AC484对两种磷酸酶的双重抑制更有效地抑制肿瘤细胞的生长及促进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，增强T细胞的体外活化和功能。

研究表明PTPN2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免疫激活[5]。研究者在通过口服AC484确定了良好的耐受性后（150 mg kg^–1，每日一次），测试了AC484治疗与B16黑色素瘤、KPC胰腺癌、4T1乳腺癌或EMT-6乳腺癌皮下肿瘤的小鼠中抗PD-1阻断作用疗效。研究表明，在四个模型中，AC484与抗PD-1的组合均诱导了高度显著的肿瘤消退并增加了小鼠存活率（图2）。

随后的研究提出了AC484这种抑制肿瘤生长的机制依赖于免疫细胞的激活及TME促炎表型的发生（图3）。而发挥抗肿瘤免疫群体主要是CD8⁺T细胞和NK细胞。这些亚群以特定环境的方式介导肿瘤生长，其中，CD8⁺T细胞控制高表达主要组织相容性复合体I类（MHC-I）的肿瘤的生长，而NK细胞控制IFN感应和MHC-I表达受损的肿瘤生长。除此之外， NK细胞还能发挥AC484介导的肿瘤转移抑制能力。

图3. AC484促使TME炎症表型的发生。

对上述淋巴细胞中PTPN2/N1的抑制作用进一步研究，研究者发现上述CD8⁺T细胞是一群高表达如颗粒酶B(granzyme B, GZMB)、穿孔素（perforin 1 ,PRF1）和IFNG等细胞毒性和效应基因的特殊细胞群体（图4a-b）。AC484不仅通过增强JAK–STAT信号传导，引起效应CD8⁺T细胞的转录和表观遗传学重编程，从而诱导强大的T细胞效应，还能降低了耗竭相关转录物胸腺高移动族框蛋白（Thymus high mobility group box protein, Tox）及T细胞免疫球蛋白粘蛋白-3（T cell immunoglobulin and mucin domain-containing protein 3，TIM-3）的表达并增加了与记忆相关的转录物的表达，减少T细胞耗竭。

图4. AC484 增强 TME 中的 IL-2-pSTAT5 信号传导，并诱导独特的 T 细胞分化状态。

文章结论与讨论，启发与展望

综上，研究者细致的描述了AC484的发现和临床前特征。作为一种新型的PTPN2/N1口服生物利用活性位点抑制剂，AC484治疗能使癌症细胞对IFN-γ敏感，并增强T细胞和NK细胞的激活和效应功能。在多种临床前模型中，包括对PD-1阻断具有耐药性的模型，口服PTPN2/N1双重抑制剂是一种耐受性良好且有效的癌症免疫疗法。 

研究者发现AC484增强了IFN-γ的抗肿瘤作用，并对肿瘤巨噬细胞、树突状细胞、T细胞和NK细胞的表型和功能有影响。在T细胞免疫不足以控制肿瘤生长的环境中，如在JAK1缺陷或MHC-I缺陷肿瘤中，AC484有可能克服肿瘤免疫逃避机制，诱导其他免疫细胞的活性发挥AC484的功效，以及对转移的监测。广泛的免疫激活作用可能是由于免疫效应细胞中多种JAK–STAT信号通路的激活，包括IL-2–STAT5，从而增强T细胞代谢适应性引起。
先前的研究表明，由于慢性抗原和IFN敏感性增强，PTPN2缺乏可能会增加T细胞耗竭或功能障碍。然而，在慢性抗原刺激或肿瘤浸润的CD8⁺T细胞中，研究者观察到PD-1、TOX和TIM-3的表达减少，证实了PTPN2/N1抑制减少了T细胞耗竭并增加了记忆特征。此外，T细胞中PTPN2/N1的抑制和JAK–STAT信号传导的激活导致表观遗传学、转录和代谢变化，从而导致不同的T细胞转录和功能状态，这种状态具有高度的细胞毒性和更持久的多功能性。值得注意的是，AC484处理的T细胞中观察到的转录和表观遗传学程序与用抗PD-L1和IL-2组合处理的T淋巴细胞中鉴定的程序高度相似，这表明AC484可以通过类似的机制增强T细胞的功能。PTPN2/N1的抑制增强了大量重要的免疫信号通路，包括IFN感应、TCR信号通路和IL-2、IL-7和IL-15信号通路，这表明AC484可以通过多种细胞和分子机制刺激免疫反应，发挥其抗肿瘤活性。基于临床前毒理学研究中令人信服的药理学和安全性，AC484目前正处于临床 I 期研究阶段，作为单一疗法并与抗PD-1联合治疗实体瘤。

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

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参考文献 

1. Fares, C. M., Van Allen, E. M., Drake, C. G., Allison, J. P. & Hu-Lieskovan, S. Mechanisms of resistance to immune checkpoint blockade: why does checkpoint inhibitor immunotherapy not work for all patients? Am. Soc. Clin. Oncol. Educ. Book 39, 147–164 (2019).

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

3. 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).

4. 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).

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

本文完