《3项揭示免疫疗法疗效新预测因子的研究》

  • 来源专题:中国科学院文献情报生命健康领域集成服务门户
  • 编译者: 张学博
  • 发布时间:2020-03-21
  • 现有针对癌症的免疫疗法主要集中在免疫系统中的杀伤性T细胞,提高它们识别并攻击癌细胞的能力,但只有20%的患者对免疫疗法有应答。2020年1月15日,Nature杂志同期刊登了分别来自法国国家健康与医学研究院(INSERM)、瑞典隆德大学(Lund University)、美国德克萨斯大学安德森癌症中心(MD Anderson Cancer Center)的3项独立研究,结果同时表明在多组不同类型癌症患者中观察到,当B细胞在肿瘤内形成一种称为“三级淋巴结构(Tertiary Lymphoid Structures,TLS)”的细胞团时,患者接受免疫疗法会有更好的疗效。证明了个体进行免疫治疗时,T细胞并非唯一有能力与癌症抗争的免疫细胞,肿瘤中存在的两个关键免疫成分——B细胞和三级淋巴样结构,同样与良好的预后相关。Nature杂志同期发表相关评论文章,本文对这三篇论文及评论文章进行了整理概括。

    肿瘤中B细胞的存在被认为是患者存活率高的预测因子,但是有研究称,B细胞既具有抗肿瘤又具有促肿瘤的作用。这些不同的研究结果反映了B细胞在肿瘤中可能具有多种作用。B细胞抗肿瘤功能的一个组成部分是B细胞激活。该过程涉及肿瘤来源的蛋白质与细胞表面的B细胞受体蛋白质的结合,以及随后将这些肿瘤来源的蛋白质加工成较小片段的抗原,其他辅因子也同时参与激活。被激活的B细胞可以释放出能识别肿瘤细胞的抗体,使其受到免疫系统其他细胞因子的攻击(称为抗体依赖性细胞死亡的过程),并且可以通过向T细胞提供肿瘤抗原来诱导T细胞,从而使T细胞有效地靶向肿瘤细胞,但肿瘤中的B细胞也会产生抑制因子,从而阻碍免疫细胞的功能(图1)。这些可能是抑制免疫系统的信号分子,或者是B细胞表面的抑制性分子,它们阻碍了人体靶向和杀死肿瘤细胞的能力。

    TLS是免疫细胞(主要是T细胞和B细胞)的聚集体,它们是免疫刺激反应产生的。成熟的TLS在称为生发中心(germinal centre)的结构内部区域培养B细胞的发育和功能,而未成熟的TLS不包含合适的生发中心,并且可能无法培养完整的B细胞功能。肿瘤中TLS的存在还与许多类型的癌症患者的存活率增加相关。目前的3项研究在免疫疗法的背景下证实了这一趋势,表明B细胞浸润到肿瘤中以及TLS的存在与免疫疗法的治疗反应改善有关。

    法国国家健康与医学研究院的研究人员研究了软组织肉瘤亚型中608份肿瘤的基因表达谱,基于肿瘤微环境的组成建立免疫分类,并识别5种不同的表型:低免疫(A和B),高免疫(D和E)和高度血管化(C)组。对独立验证队列的原位分析表明,E类的特征是TLS的存在,该结构包含T细胞和滤泡树突状细胞,尤其富含B细胞。即使在高或低CD8+ T细胞和细胞毒性含量的情况下,B细胞也是最强的预后因素。E组在一项2期临床试验中证明了使用派姆单抗(pembrolizumab)对抗PD1疗法的应答率高,患者生存率提高。这项工作证实了软组织肉瘤患者的免疫亚型,并揭示了富含B细胞的TLS具有治疗潜力,在其他癌症中可能具有更广泛的应用。

    隆德大学的研究人员使用转移性黑素瘤的临床样本研究了B细胞在抗肿瘤反应中的作用,发现与肿瘤相关的CD8+T细胞和CD20+共同存在与其他临床变量无关,B细胞与存活率提高相关。CXCR5和CXCL13与CD20结合的免疫荧光染色揭示了在这些CD8 + 、CD20 +肿瘤中形成了TLS。研究人员获得了TLS相关的基因特征,该特征可预测接受免疫检查点阻断剂治疗的患者的临床结局。此外,富含B细胞的肿瘤伴随着TCF7 +初始和/或记忆T细胞水平升高。没有TLS的肿瘤中的T细胞具有功能异常的分子表型。结果表明,通过赋予不同的T细胞表型,TLS在黑素瘤的免疫微环境中发挥关键作用。提示应继续探索诱导TLS形成的治疗策略,改善对癌症免疫疗法的应答。

    美国德克萨斯大学安德森癌症中心的研究人员进行了批量RNA测序,发现B细胞标志物是应答者和非应答者肿瘤中表达最差的基因。该研究进一步使用计算方法来评估该人群和另外两个接受免疫检查点阻断剂治疗的人群(黑素瘤和肾细胞癌患者)的免疫和基质成分。组织学评估突出了B细胞在TLS内的定位。通过批量和单细胞RNA测序评估了B细胞的潜在功能性贡献,并证明了B细胞在应签患者中的克隆扩增和独特功能状态。这些研究表明,B细胞和TLS在免疫检查点阻断剂治疗反应中发挥潜在作用,有望成为新的生物标志物和治疗靶标。

    以上研究还证明,在治疗过程中,TLS普遍存在于那些对治疗有应答的肿瘤患者中。TLS存在的时间很重要,如果在治疗前存在TLS,则可以认为TLS是患者对免疫疗法应答的预测指标,而治疗期间存在TLS则表明,正在操纵免疫细胞的关键组合以诱导TLS的形成。鉴定这些细胞组分可以帮助开发新的有效的免疫疗法。

    除了这些相互印证、协同作用的结果,3项研究中的每项都突出了B细胞或TLS在抗肿瘤免疫中的独特作用。首先,隆德大学研究人员证明TLS中的B细胞与可能最终靶向肿瘤细胞的杀伤性T细胞协同作用。第二,法国国家健康与医学研究院的研究人员描述肉瘤中成熟TLS的典型特征。这意味着成熟的TLS可能存在于通常不被免疫细胞浸润的肿瘤部位,这种现象还是首次发现。第三,美国安德森癌症中心的研究人员发现与无应答者相比,应答者中B细胞受体的多样性增加。这表明应答者中的B细胞比非应答者中的B细胞有更强的特异性识别肿瘤抗原的能力。

    关于临床意义,这3项研究表明应优先考虑增强B细胞应答的治疗方法,并以与T细胞介导的免疫治疗方法相互补充。研究人员接下来应该关注是否可以将B细胞工程化为靶向特定的肿瘤抗原,这与目前工程化靶向抗原的T细胞的研究类似。在个体接受了基于T细胞的免疫疗法后,是否可以通过诱导B细胞在TLS中形成来改善免疫疗法。未来还需要将现有疗法与利用B细胞和TLS的方法结合起来,进一步开发有效的B细胞特异性免疫疗法。

  • 原文来源:;https://www.nature.com/articles/d41586-019-03943-0 ;https://www.nature.com/articles/s41586-019-1906-8 ;https://www.nature.com/articles/s41586-019-1914-8 ;https://www.nature.com/articles/s41586-019-1922-8
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    • 随着世界各国竞相开发SARS-CoV-2(导致COVID-19的新型冠状病毒)疫苗,科学家们正在努力了解在活动性病毒感染后,它究竟如何导致一系列似乎长期存在的症状。在一项新的研究中,来自日本大阪大学和大阪羽曳野市医疗中心的研究人员确定了一种有效的治疗方法,用于治疗许多重症COVID-19患者中出现的致命性炎症反应过度激活。相关研究结果近期发表在PNAS期刊上,论文标题为“IL-6 trans-signaling induces plasminogen activator inhibitor-1 from vascular endothelial cells in cytokine release syndrome”。 细胞因子是一组小蛋白,可以增强或抑制我们身体对感染、创伤和癌症等疾病的免疫反应。它们的主要作用之一是刺激炎症,从而启动愈合过程。问题是,过度刺激炎症反应会产生一系列有害的并发症,从哮喘到严重的自身免疫性疾病。其中的一种称为细胞因子释放综合征(CRS)的并发症见于对微生物感染或创伤产生超免疫反应的患者,可导致多器官衰竭甚至死亡。 论文第一作者、大阪大学的Sujin Kang说,“尽管知道哪些细胞因子参与其中,但目前仍没有针对CRS的特异性免疫疗法,治疗仅限于支持性护理。为了更好地了解CRS发病的分子机制,我们首先研究了91名经确诊出现与细菌性败血症、急性呼吸窘迫综合征或烧伤相关的CRS的患者(三组患者)体内的细胞因子谱。” 引人注目的是,这三组患者的促炎性细胞因子IL-6、IL-8、IL-10和MCP-10水平升高,还有一种称为PAI-1的蛋白,它能引起全身血管(包括肺部血管)出现小血凝块(blood clot)。重要的是,PAI-1水平的增加与更严重的肺炎病例有关,而肺炎是COVID-19患者中常见的死亡原因。 鉴于IL-6与其他细胞因子和PAI-1的水平呈正相关,这些研究人员得出结论,IL-6信号对感染或创伤后CRS的出现至关重要,可能在COVID-19的发病机制中发挥作用。 论文通讯作者、大阪大学的Tadamitsu Kishimoto说,“对重症COVID-19患者的细胞因子谱的研究发现,在疾病过程的早期,IL-6增加,导致PAI-1从血管中释放。值得注意的是,存在严重呼吸障碍的COVID-19患者的PAI-1水平明显更高。” 不过最显著的是,当重症COVID-19患者接受一种名为托珠单抗(Actemra)的人单克隆抗体类药物治疗时,这种药物可以阻断IL-6信号转导,PAI-1水平迅速下降,严重的疾病症状得到缓解。因此,IL-6信号阻断可能对CRS和COVID-19中的严重呼吸并发症的治疗都是有用的。
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    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2023-10-19
    • 2023年9月18日,基因编辑领域先驱张锋教授于《自然》杂志子刊Nature Reviews Drug Discovery联合发表了一篇题为Drug delivery systems for CRISPR-based genome editors的综述文章,详细阐述了目前为CRISPR基因组编辑技术所采用的各类递送策略,其中主要讨论了如腺相关病毒(AAV)和脂质纳米颗粒(LNP)这类已经被广泛研究的递送系统,同时也概述了一些在临床前研究中展现出巨大潜力的新型递送策略。2023年10月16日,药明康德研究团队将为读者解读该综述中的精彩内容。 基于CRISPR的基因编辑技术采用特异性的引导RNA(gRNA)来识别目标DNA序列,而后通过Cas9酶实施切割。一旦DNA被切割,细胞的固有修复机制将被启动,并通过该机制引入基因的特定变化,如突变碱基的修正或不必要序列的删除。基于CRISPR的基因编辑器具有治疗广泛的遗传疾病的潜力,包括遗传性疾病和某些类型的癌症。此外,这项技术可以通过病毒的遗传信息,被用于研发针对HIV和乙型肝炎等传染性疾病的治疗方案。目前,基于CRISPR的基因编辑技术已成为基础研究的重要工具,助力科研人员深入研究特定基因的功能以及其在疾病进程中的角色。 由于基于CRISPR基因编辑技术的疗法涉及将外源性遗传物质注入体内,这有可能诱发免疫应答并引起潜在的毒副作用。因此,靶向性的药物递送系统在确保基因编辑技术达到其目标细胞并安全发挥作用时显得尤为关键。考虑到不同的细胞和组织可能对递送方式有着特定的需求,为基于CRISPR基因编辑技术的疗法开发一套多样化且可针对具体应用的递送系统是至关重要的。总体而言,高效的药物递送策略是充分发挥基于CRISPR的基因组编辑技术在遗传病等疾病治疗和基础研究中潜力的核心环节。 当前基因编辑系统研发进展 当前,最常见的一类基因组编辑器是CRISPR-Cas9系统,它也是第一个被设计用于人类细胞的基因编辑系统。Cas9酶在与gRNA互补的靶位点切割产生DNA双链断裂(DSB),在人类细胞中,这些DNA双链断裂可以通过非同源末端接合(NHEJ)机制进行修复,这一过程通常会导致基因功能的丧失。早期临床数据表明,NHEJ介导的基因敲除降低了致病蛋白的表达。靶向DSB也可以通过宿主细胞的内源同源修复机制进行修复,从而导致其与外源性模板DNA的整合。 当前,Cas9已经被改造以实现其他基因组操作。例如通过使来自酿脓链球菌的Cas9催化残基发生突变,Cas9可以转化为可编程的DNA结合蛋白,这类突变体Cas9蛋白可以减少靶基因转录,将其与转录抑制因子相融合,可以产生CRISPR干扰系统;同样地,当突变体Cas9蛋白与转录激活因子相融合,可被用于靶向转录激活。 除了CRISPR-Cas9系统,碱基编辑器(base editor)和先导编辑器(prime editor)也是近年来备受瞩目的新型基因编辑系统。不同于CRISPR-Cas9系统,碱基编辑技术不仅可以在不切断双链DNA的情况下,将基因组序列上的碱基转变为其他碱基类型,还可以精准在基因组中插入或切除DNA序列,为更安全和精准地修改基因组提供了强有力的工具。先导编辑技术同样也不会引发双链DNA断裂,它采用“搜索-替换”策略,从而大幅减少编辑位点副产物和脱靶效应。除此之外,这一策略可以在基因组中的几乎任位置进行不同序列编辑,可以纠正所有12种类型的单碱基对点突变,并适用于多种细胞和器官类型。 许多其他的CRISPR系统也被设计用于人类细胞。这些系统包括其他Cas9家族同源物——例如金黄色葡萄球菌Cas9(SaCas9)和脑膜炎奈瑟菌Cas9(NmeCas9)。此外还有其他DNA核酸内切酶(例如Cas12)和RNA核酸内切酶(例如Cas13)——RNA核酸内切酶构成了两个转录组编辑平台REPAIR和RESCUE的基础。这些技术共同构成了解决各种人类疾病的丰富工具。 总体而言,尽管每种基因编辑技术都具有其独特的优势和局限性,但它们都共同面临一个核心挑战:为了充分发挥其治疗潜力,必须确保其在人体内被安全、有效地递送至目标位置。 可用于递送基因编辑器的载体 有几种不同的递送系统可用于将基于CRISPR的药物传递到靶向细胞和组织。其中,目前已步入临床的两种递送系统是AAV和LNP。 1.腺相关病毒AAV是小型、非致病性病毒,可以通过工程设计携带CRISPR基因编辑器并将其递送到靶细胞。AAV具有几个优点,比如,它们能够同时感染分裂和非分裂细胞,并且具有较低的免疫原性,此外它们还能够实现长期的基因表达。目前AAV已被用于治疗遗传病的几项临床试验。 AAV在其反向末端重复序列之间携带转基因,它无法携带长度大于4.7 kb的转基因。研究人员尝试通过改造AAV的表达元件——包括启动子,增强子和多聚腺苷酸化信号序列,通过减少这些元件的大小来增加其潜在载荷,同时将转基因的表达限制在特定的组织或细胞类型。除此之外,研究人员还在尝试分离出可编码具有治疗性能的“微小蛋白”,以减少转基因载荷的大小。这一策略的应用实例是杜氏肌营养不良症(DMD)的基因疗法,通过生成截短但仍具有功能的抗肌萎缩蛋白,为DMD患者恢复抗肌萎缩蛋白功能。基于这一策略,已有数款DMD疗法获批或进入临床试验阶段。 在使用AAV递送CRISPR-Cas9编辑器时,载荷大小是一个重要的考量因素。为适应载荷容量限制,研究人员尝试使用比常规Cas9酶尺寸更小的Cas9蛋白,如SaCas9和Nme2Cas9(一种紧凑的Cas9变体)以减少载荷大小,实现在一个单独的AAV中容纳CRISPR-Cas9系统的所有组件。其他的潜在Cas9酶替代物还有Cas12和Cas13,基于这些酶的基因组编辑器已在动物模型中开展相关研究。 除了上述方法,为绕开4.7 kb的载荷包装限制,另一策略是将有效载荷分割为两个独立的构建体,随后利用两个AAV同时递送至同一细胞。为达成此目标,研究者们已经尝试采用了重叠AAV载体、反式剪接载体,以及分裂内含肽(split inteins)等技术。 2.脂质纳米颗粒LNP是另一种用于递送基于CRISPR的药物的递送系统。这些纳米颗粒由脂质构成,可以有效封装CRISPR基因编辑组件,确保其在血液循环中不被迅速降解。 尽管基于病毒载体的递送系统已经成功地将CRISPR药物输送到患者体内,但其疗效可能仍然受到预先存在的免疫应答、有效载荷大小限制、无法重复给药以及潜在的长期基因过度表达等因素的限制。这些局限性催生了对包括LNP-mRNA药物在内的非病毒递送系统的进一步研究。 LNP的安全性、有效性和趋向性取决于其纳米级的精确结构。因此,研究人员已经创建了一系列多样化的LNP化学构型,并对其在递送基因编辑药物方面的潜力进行了评估。 在LNP介导的基因编辑的临床前模型研究中,已有若干研究确凿地展示了通过LNP将基于CRISPR的基因编辑器递送到体内目标细胞的能力,从而实现有效的体内基因编辑。以某项临床前研究为例,研究者使用LNP向非人灵长类动物和小鼠模型递送靶向PCSK9基因的碱基编辑器VERVE-101。研究发现,单次注射携带有编辑器的LNP可使低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平降低69%,血液中的PCSK9蛋白降低83%,此效果可维持达476天,并且无脱靶事件或免疫反应的迹象。 类似地,针对ANGPTL3基因的碱基编辑疗法VERVE-201在另一项研究中也表现出色。为了增强对肝细胞的定向性,LNP颗粒表面被修饰以包含N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)。在对非人灵长类动物模型进行的单次给药研究中,VERVE-201对循环中的ANGPTL3蛋白表现出了显著的抑制效果。具体而言,给药后90天,ANGPTL3水平平均下降了80%以上,并在给药后616天时达到了96%的降低率。 这些发现表明,LNP可能是基于CRISPR的基因编辑器的有效递送系统,并为基于LNP的遗传疾病疗法的临床试验铺平了道路。目前,VERVE-101已经完成首位患者给药,VERVE-201预计在2024年开始进行临床试验。 除了AAV和LNP之外,当前正在开发的用于递送基于CRISPR药物的递送系统涵盖了多种策略,其中包括病毒性载体(如慢病毒载体);同时,非病毒性的递送系统,包括聚合物纳米颗粒、金纳米颗粒,以及基于人逆转录病毒样蛋白PEG10的载体和病毒样颗粒(VLPs)也受到了广泛的研究关注。不同的递送系统各具特点,均带有一定的优势和局限性。因此,选择何种递送系统需要基于特定的应用背景以及所追求的疗效结果。 目前,多种采用不同递送系统、基于CRISPR基因编辑技术的疗法已经在临床试验中进行测试,其中不仅包括基于CRISPR技术的基因编辑疗法,还有其他种类的基因和细胞疗法,这些疗法为众多遗传性疾病患者提供了全新的治疗前景和希望。 开发有效递送系统所面临的关键挑战与考量 针对基于CRISPR基因编辑技术的疗法开发有效的药物递送系统是一个复杂且至关重要的任务,涉及多个关键的考虑因素和挑战。首要的难点是保证递送系统可以精准地靶向特定的细胞和组织,同时最小化脱靶效应。这一目标需要通过精细的递送系统工程设计来实现,如选取合适的靶向配体和优化有效载荷,确保正确、准确地将其递送到目标位置。 递送系统的安全性也是至关重要的考虑因素,特别是其潜在的毒性和触发的免疫反应。例如,尽管某些病毒载体在药物递送上具有优势,但它们可能会激发体内的免疫反应,进而影响疗法的效果和安全性。此外,长时间的核酸酶表达也可能会增加健康风险,因此,在疗法进入临床试验之前,对其在临床前模型中的安全性进行深入评估是至关重要的。 此外,技术上的难题也不可忽视。CRISPR-Cas系统因其本身的大小和复杂性,可能不适用于某些递送策略,如某些病毒载体。这可能要求我们对CRISPR-Cas系统的结构和大小进行优化,确保它可以被选用的递送系统高效携带。 结语 为基于CRISPR基因编辑技术的疗法开发高效的药物递送系统是一项充满挑战的任务,不仅需要对多种复杂因素进行综合考虑,还涉及对不同层面的科学问题进行深入研究。尽管开发过程中存在诸多技术难关,但最新的递送系统工程技术和临床前研究进展已经为基于CRISPR的疗法朝向临床应用迈进提供了积极信号。 另外,随着基因编辑的递送策略及载荷的不断优化,肝外组织的靶向递送极有可能成为下一个焦点。值得强调的是,针对特定组织的高效递送技术可以为众多遗传疾病提供新的治疗策略,这得益于基于CRISPR的疗法所具备的广泛基因调控潜能。这些疗法的模块化设计及其在临床上的广泛应用前景,使得对基因编辑器与递送系统间互动机制的研究变得尤为关键。 鉴于递送系统在技术上的持续创新和完善,我们相信,基因编辑技术与个体化医疗领域将迎来更大的发展潜力。基于CRISPR技术开发的药物凭借其对遗传靶标的精准调控能力,有潜力引领遗传性疾病治疗的创新革命,进而推动医学领域整体走向一个新纪元。 最后,现阶段将基因编辑组件传递到肝外组织仍具挑战性,尽管如此,一些靶向非肝组织的纳米粒子的设计已在临床前研究中取得了进展,未来仍需进行更深入的研究。 综上所述,基于CRISPR的疗法在开发药物递送系统时需要考量多方面的因素,从靶向特异性、安全性到技术实现难度。虽然前方挑战重重,但随着递送系统工程技术和临床前研究的持续进展,这些挑战将被一一攻克,使基于CRISPR的治疗策略更快地走向临床实践。 本文内容转载自“药明康德”微信公众号。 原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/6wr2NCzD1KN6JYD6lg-foA