【盤點】cell report:交叉呈遞—腫瘤免疫療法潛在藥物靶點

2015年3月12日 訊 /生物谷BIOON/ --腫瘤免疫療法的核心思路是喚起體內具有腫瘤抗原特異性的細胞毒性T細胞（即CD8陽性T細胞）反應，起到殺傷腫瘤的作用。目前很火的anti-CTLA4，anti-PD-1中和抗體無外乎是為了最終達到這一目的。而CD8+T細胞的激活又涉及非常複雜的調控步驟，抗原的交叉呈遞便是其中一種。

什麼是交叉呈遞

早期我們認為樹突狀細胞（DC，抗原呈遞細胞的一種）的主要作用是激活CD4+T細胞。CD4+T細胞作為一類輔助性的免疫細胞，在後天免疫的許多方面具有非常重要的作用。但後來的一系列研究逐漸揭示了DC也具有直接激活CD8+T細胞的能力（即交叉呈遞 cross-presentation）。

簡單介紹一下兩類T細胞分別被激活的機制：CD4+的激活需要受到抗原呈遞細胞表面MHC-II-抗原複合體的刺激。它的生成依賴於DC等抗原呈遞細胞對外界抗原物質的吞噬與消化，並且在內涵體中與空載的MHC-II分子組裝，形成成熟的複合體運送到分子表面；CD8+的激活依賴於MHC-I-抗原複合體的刺激，MHC-I在各類細胞中均有表達，而且一般情況下在外界抗原物質通過"主動"的方式進入胞漿中，進而進行一系列消化與處理，最終在內質網中與空載的MHC-I進行組裝，最終運送到細胞表面。

那么正常邏輯告訴我們：DC在激活CD8+方面並不比其它細胞類型更具優勢。一方面MHC-I的表達不具有細胞特異性，另一方面MHC-I抗原複合體的成熟也不依賴於吞噬作用。而交叉呈遞的發現打破了這一觀念。

本文不對交叉呈遞的研究進展做詳細敘述。只簡單說明一下交叉呈遞的分子機理。目前較為成熟的有兩種理論：1，DC通過內吞作用將抗原物質吞噬進入胞內體中，之後通過"某種方式"流出到胞漿內，在這裡與經典的MHC-I抗原複合體形成路徑合流；2，DC通過內吞將抗原物質吞噬進入胞內體中，之後通過膜泡融合的方式與攜帶空載MHC-I的胞內體融合進行直接的組裝與上膜。而不論採用哪種方式，內吞作用都是DC完成交叉呈遞的起點。

交叉呈遞與FcR介導的內吞作用又有什麼關係？

內吞作用依賴於許多不同類型的受體，其中不得不提的就是抗體Fc受體。Fc受體表達於具有吞噬能力的細胞表面（例如巨噬細胞，DC等），經典的功能是完成體內抗體穿孔素效應。（抗體具有三種效應：1.補體效應；2.穿孔素效應；3.中和效應。其中中和效應是指抗體能夠與病原微生物結合，然後直接導致其侵染能力下降或發生死亡；補體效應與穿孔素效應則需要下遊的吞噬細胞完成終結。補體效應依賴於吞噬細胞表面的補體受體，而穿孔素效應則依賴於抗體受體FcR）。而交叉呈遞的發現讓研究者們開始考慮Fc受體介導的細胞內吞對DC交叉呈遞激活CD8+T細胞的影響。

之前已經有研究表明：IgG的受體FcγR1能夠促進DC的交叉呈遞。體內游離的抗原與IgG結合後會形成抗原-抗體複合物，這一複合體能夠被DC表面的FcγR1識別而發生結合。與經典的FcR功能相似。這種結合導致了DC對抗原-抗體複合體的內吞作用，並最終促進了特遠特異性的交叉呈遞反應。最近哈佛大學醫學院兒童醫院的Shannon J. Turley研究組在Cell report雜誌發表了他們對於另外一類免疫球蛋白-IgE及其受體FcεR1對交叉呈遞的作用以及這一作用對抑制腫瘤方面的影響。

在人的DC表面，FcεR1常以異源三聚體的形式存在（FcεR α鏈，common FcγR dimer）而在其它類型的細胞上FcεR1是以異源四聚體的形式存在的（FcεR α、β鏈，common FcγR dimer）。鑑於小鼠DC不具備這樣的特性，Turley等人將人DC的FcεR轉入小鼠DC內部，構建成人源化的小鼠模型。

首先，作者對轉基因的小鼠DC加以OVA刺激，並在此基礎上加入OVA特異性IgE或對照處理。結果顯示：在加入IgE的實驗組，DC吞噬OVA的能力相比對照組得到了很大的提升。之後，作者構建了半抗原化的OVA以及半抗原特異性IgE。體內實驗表明IgE可以促進OVA特異性CD8+T細胞的增殖與殺傷能力。體外培養實驗也驗證了上述結果。之後，作者利用半抗原化的BSA代替OVA，並且加入未修飾的OVA進行刺激，並在此基礎上分別加入半抗原特異性IgE進行處理。結果顯示，處理組與對照組在激活OVA特異性CD8+T細胞方面並沒有區別。這一結果排除了FcεR1間接促進其它交叉呈遞作用的可能。而且，作者通過實驗發現IgE能夠快速結合在細胞表面，並且能夠識別游離的低濃度的抗原，而IgG只能通過形成免疫複合體的方式起作用。

之後，作者發現IgE激活CD8+T細胞的能力能夠被膜泡運輸的抑制劑所阻斷，再次驗證了這一效應依賴於交叉呈遞。另一方面，這一效應又不依賴於先天免疫的關鍵信號分子：MyD88或者IL-12。

進一步，作者發現了主導這一過程的DC亞群是人體的CD1a+ DC，在小鼠中的同源細胞是CD8- DC。另外，這一效應能夠被IL-4所阻斷。

最後，作者通過體內實驗證明了IgE/ FcεR1所引導的交叉呈遞能夠有效抑制腫瘤的發生以及延長小鼠患腫瘤後的壽命。總之，作者在IgG之外有找到了一類新的引起交叉呈遞的免疫球蛋白-IgE。

FcR引導的交叉呈遞的發現對腫瘤的免疫療法有什麼實質性的幫助？

目前的腫瘤免疫療法的最終目的都是激活患者體內腫瘤抗原特異性的免疫反應。理論上治療效果的好壞取決於兩點：1. 抗原特異性。由於腫瘤細胞也是從自身細胞突變而來的，其本身的抗原成分與自體正常細胞十分相似，因此能夠殺傷腫瘤的T細胞很有可能會同時引起嚴重的自身免疫疾病。那麼如何找到特異性高的腫瘤抗原成為了這一療法的瓶頸所在。2. CTL的反應強度。細胞毒性T細胞的反應強度決定了抗原特異性T細胞殺傷腫瘤的能力。目前上市的anti-PD-1，anti-CTLA-4就是這個道理。由於研究發現在腫瘤微環境中T細胞表面高度表達PD-1與CTLA-4受體，而這兩種受體起到了抑制T細胞激活的功能。所以人為地抑制PD-1或CTLA-4的活性就能反過來解除這一抑制功能，釋放T細胞的活性。交叉呈遞本質上也是增強細胞毒性T細胞的活性，然而不同於以上兩類藥物在T細胞效應期起作用，交叉呈遞影響了T細胞激活的必要條件，即DC裝載MHC-I-抗原複合物的能力。作者的這一發現為腫瘤免疫療法的藥物設計打開了另一扇窗。（生物谷bioon.com）

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DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2015.02.015

PMC:

PMID:

IgE/FcεRI-Mediated Antigen Cross-Presentation by Dendritic Cells Enhances Anti-Tumor Immune Responses

Barbara Platzer, Kutlu G. Elpek, Viviana Cremasco, Kristi Baker, Madeleine M. Stout, Cornelia Schultz, Eleonora Dehlink, Kai-Ting C. Shade, Robert M. Anthony, Richard S. Blumberg, Shannon J. Turley, Edda Fiebiger

Epidemiologic studies discovered an inverse association between immunoglobulin E (IgE)-mediated allergies and cancer, implying tumor-protective properties of IgE. However, the underlying immunologic mechanisms remain poorly understood. Antigen cross-presentation by dendritic cells (DCs) is of key importance for anti-tumor immunity because it induces the generation of cytotoxic CD8+ T lymphocytes (CTLs) with specificity for tumor antigens. We demonstrate that DCs use IgE and FcεRI, the highaffinity IgE receptor, for cross-presentation and priming of CTLs in response to free soluble antigen at low doses. Importantly, IgE/FcεRI-mediated cross-presentation is a distinct receptor-mediated pathway because it does not require MyD88 signals or IL-12 induction in DCs. Using passive immunization with tumor antigen-specific IgE and DC-based vaccination experiments, we demonstrate that IgE-mediated cross-presentation significantly improves anti-tumor immunity and induces memory responses in vivo. Our findings suggest a cellular mechanism for the tumor-protective features of IgE and expand the known physiological functions of this immunoglobulin.