免疫治療失效原因揭秘:抗體被巨噬細胞吞噬

2020-12-05 IT之家

本文為奇點原創文章（公眾號：geekheal_com）。

真是萬萬沒想到！巨噬細胞竟然把抗癌藥吃了，難怪有那麼多患者對PD-1/L1抗體不響應。如果不是哈佛大學醫學院附屬麻省總醫院的MikaelJ.Pittet教授團隊親眼看到，任誰也不會想到，作為人體安全衛士的巨噬細胞，竟然會把好不容易結合到T細胞上的抗癌藥物PD-1抗體吞噬掉。

今天，Pittet教授團隊的這一重要研究成果以封面的形式刊登在《科學轉化醫學》上（1）。文章的第一作者是SeanP.Arlauckas和ChristopherS.Garris。

科學轉化醫學的封面

目前最有希望的抗癌方案就是通過免疫檢查點抑制劑增強機體免疫系統對抗腫瘤。然而目前FDA批准的所有的免疫檢查點抑制劑都不是對所有患者有效（2），研究人員對於免疫檢查點的耐藥機制還沒有完全的了解。然而來自麻薩諸塞州總醫院Pittet教授的團隊想知道，PD-1抗體進入人體之後究竟發生了什麼，是什麼在阻擋它起作用。

他們了解背後機制的方法很特殊，直接看。對，就是看！

這就要感謝活體顯微鏡技術的出現。為了在顯微鏡下看到藥物起作用的整個過程，Pittet教授團隊給PD-1抗體加了個黃色標記。然後利用活體顯微鏡來實時監測標記後的PD-1抗體在結腸癌小鼠模型中的動向。

他們發現在結腸癌模型小鼠體內注射標記的PD-1抗體5分鐘後，就在腫瘤微環境內的T細胞上發現了染色標記。這是最早在腫瘤組織中檢測到被標記的細胞。研究人員觀察到，最開始標記的PD-1抗體結合到腫瘤浸潤T細胞周圍而幾分鐘後在T細胞表明形成色塊，之後，這些色塊被發現都在腫瘤相關巨噬細胞內。

這些原本用來激活T細胞的PD-1抗體怎麼都跑到巨噬細胞裡面去了？被巨噬細胞吃了？

為了深入了解巨噬細胞是如何吃掉PD-1抗體的。研究人員首先提取了三種腫瘤模型中小鼠體內相關細胞發現，大部分的腫瘤相關巨噬細胞內都有PD-1抗體。隨後的數據線性回歸分析發現，巨噬細胞吃掉抗體與巨噬細胞的數量無關，即使巨噬細胞的數量極低，PD-1也能被吃光，而且巨噬細胞不會主動與PD-1抗體結合。

研究人員隨後在體外創建了一個由骨髓分離得到的巨噬細胞，T細胞共培養體系來研究巨噬細胞是如何吃掉抗體的。首先將T細胞與標記後的PD-1抗體共培養，然後與巨噬細胞共培養，在實驗中發現，標記後的PD-1抗體在數分鐘之內就從T細胞上轉移至巨噬細胞中。這不能僅僅歸結為巨噬細胞的吞噬作用，因為研究人員加入了吞噬抑制劑後，這一轉移仍舊很快發生。並且巨噬細胞不會吞噬沒有與T細胞結合的標記的PD-1受體。

表面吸附PD-1抗體的T細胞加上Fcγ受體抑制劑後不會被巨噬細胞吞噬反之aPD-1抗體會被吞噬

既然腫瘤相關巨噬細胞並不與PD-1抗體結合，也不會在標記的PD-1抗體注射的早期吃掉PD-1抗體。因此研究人員推測，PD-1抗體的轉移是通過一種非抗原特異性機制。隨後研究人員發現巨噬細胞表面存在Fcγ受體，這一受體與T細胞PD-1抗體複合物上Fc結構域相結合，介導PD-1抗體的吞噬。

隨後研究人員利用以流式細胞計監測的抗體轉移實驗證明了這一發現。T細胞首先與染色後的PD-1抗體共培養30分鐘，後與巨噬細胞一起培養，最後用流式細胞計分析，大量PD-1抗體在巨噬細胞內被測出。然而，在實驗開始時加入Fcγ受體抑制劑那麼PD-1抗體就不會從T細胞轉移到巨噬細胞。之後研究人員利用酶偶聯免疫吸收劑實驗發現，巨噬細胞與T細胞以及與鼠PD-1抗體同源的IgG2a抗體共培養，同樣IgG2a抗體被巨噬細胞降解。

由於Fc/FcγR與抗體的結合與抗體的Fc結構域上的多糖結構相關，研究人員分析了老鼠的PD-1抗體以及人類PD-1抗體，結果發現老鼠和人類PD-1抗體上主要糖的類型是相同的。從而研究人員懷疑老鼠體內Fcγ受體介導的抗體轉移，人體也會發生相關的抗體轉移。

nivolumab

隨後研究人員在體外將人PD-1抗體nivolumab用AF647標記並在體外共培養系統中與免疫T細胞共培養，之後從人體血液單核細胞中分離出巨噬細胞，再將二者用共培養3天，同樣導致PD-1抗體轉移到巨噬細胞，同樣轉移可以被Fcγ受體抑制劑抑制。證明Fcγ受體同樣調節nivolumab在人體的攝取。

同時研究人員也找到了防止PD-1抗體被吞噬的方法。研究人員利用一種酶PNGaseF來除去老鼠PD-1抗體上的糖鏈，然後用AF647標記，發現除去糖之後的PD-1仍能與T細胞結合，並且不會被巨噬細胞吃掉。之後研究人員在小鼠體內驗證了當Fcγ受體被抑制後，PD-1抗體的活性，發現當Fcγ受體被抑制後顯著延長PD-1抗體與T細胞結合的時間，並且Fcγ受體被阻斷的結腸癌模型小鼠中所有小鼠對PD-1抗體產生響應，所有小鼠的腫瘤都被完全抑制（3）。

目前PD-1抗體單獨使用的響應率僅30%左右（4）。而小鼠體內，PD-1抗體加Fcγ受體阻斷劑卻對所有老鼠產生響應。這一發現無疑對目前免疫治療領域造成巨大影響，為免疫治療不敏感癌症患者提供新的治療方案，讓癌症變得不再可怕。

參考資料：

1.http://stm.sciencemag.org/content/9/389/eaal3604

2.E.B.Garon,N.A.Rizvi,R.Hui,N.Leighl,A.S.Balmanoukian,J.P.Eder,A.Patnaik,C.Aggarwal,M.Gubens,L.Horn,E.Carcereny,M.-J.Ahn,E.Felip,J.-S.Lee,M.D.Hellmann,O.Hamid,J.W.Goldman,J.-C.Soria,M.Dolled-Filhart,R.Z.Rutledge,J.Zhang,J.K.Lunceford,R.Rangwala,G.M.Lubiniecki,C.Roach,K.Emancipator,L.Gandhi;KEYNOTE-001Investigators,Pembrolizumabforthetreatmentofnon–small-celllungcancer.N.Engl.J.Med.372,2018–2028(2015).

3.ArlauckasSP,GarrisCS,KohlerRH,KitaokaM,CuccareseMF,etal.2017.Invivoimagingrevealsatumor-associatedmacrophage–mediatedresistancepathwayinanti–PD-1therapy.ScienceTranslationalMedicine9

4.BaumeisterSH,FreemanGJ,DranoffG,etal.Coinhibitorypathwaysinimmunotherapyforcancer[J].Annualreviewofimmunology,2016,34:539-573.

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