癌細胞的偽裝術：穿上馬甲后，它們就能躲過巨噬細胞的追殺嗎？
圖片來自sm.stanford.edu
唐元和年間，唐憲宗決心討伐淮西節(jié)度使吳元濟，削平藩鎮(zhèn)復興大唐。
公元817年十月初十，風雪交加，李愬夜間調動唐軍敢死隊三千人，身著白衣和茫茫大雪融為一體（民間傳說待考證），并攪和城外池塘引得鵝鴨叫喚混淆視聽，“愬至城下，無一人知者”，成功一舉攻占吳元濟的老巢蔡州城，由此便有了后人傳頌的《李愬雪夜入蔡州》。
這是中國歷史上一次著名的喬裝奇襲取得勝利的戰(zhàn)役。說起喬裝打扮的“偽裝術”，動物界也玩得爐火純青。如卡利瑪·伊納庫斯蝴蝶便是印度和日本發(fā)現的一種若蟲蝴蝶，當它的翅膀緊閉時如同一片枯黃樹葉，還原度幾近百分之百。
偽裝術競技中腫瘤細胞也不甘示弱，本文來聊聊腫瘤細胞披上“別吃我”馬甲，如何在巨噬細胞眼皮底下裝成“良民”招搖過市。
如果讀完本文意猶未盡，此系列還有三篇癌癥科普文章：“癌細胞也能玩“特洛伊木馬計”，靠的是什么？”、“癌細胞胃口這么好，如何釜底抽薪 “餓死” 它們？”以及“在腫瘤治療領域，為何它是半路殺出的黑馬？”
撰文 | 丁 零（生物化學博士）
責編 | 李珊珊、葉水送
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癌細胞披上“別吃我”馬甲，能騙過巨噬細胞
近年來，腫瘤免疫療法快速晉升為生物醫(yī)藥圈的流量明星，多種PD-1抑制劑及CAR-T療法以“后浪拍前浪”之勢，沖擊著傳統(tǒng)療法。免疫療法簡單來說是組建免疫細胞部隊，通過各種培訓后解鎖其抗腫瘤技能，沖鋒陷陣和癌細胞進行斗爭。
免疫細胞有兩個支部，先天（Innate）免疫和適應性（Adaptive）免疫。
圖一：適應性免疫系統(tǒng)成員；圖片來源：Engineering the Immune System（Christopher S. Bond Life Sciences Center）。
適應性免疫的王牌部隊“殺手T細胞”無疑是得力的精兵強將，有著“狠、準、久”主力軍特性。在PD-1抑制劑等裝備神助攻下，“殺手T細胞”敏銳發(fā)現癌細胞并使用“穿孔素”等“化骨散” ，果決地將敵軍一網打盡。
雖“殺手T細胞”戰(zhàn)果累累，但部分高冷實體瘤（cold tumor）卻執(zhí)意將它們擋在護城河外。隔岸觀火的“殺手T細胞”心有余而力不足，于是免疫軍營的將領們便商量著重用巨噬細胞這個看似佛性，出手起來也毫不留情的“先鋒兵”。
巨噬細胞的英文名為Macrophage，希臘語里“Macro”是“大”的意思，Phage是“吃“的意思。人如其名，在人體內巡邏時，巨噬細胞如果遇到病原體和癌細胞等異軍部隊，就以簡單粗暴的方法把它直接吃掉，這個過程就叫做“吞噬作用”（phagocytosis），風格和上世紀風靡的“吃豆人”游戲有點類似。
圖二：吞噬作用示意圖；圖片來源：Khan Academy。
巨噬細胞對癌細胞殺傷力沒有T細胞那么強悍，但在某些腫瘤組織中巨噬細胞占到了腫瘤總重量的一半[1]，理論上來說憑“人海戰(zhàn)術”也能把癌細胞“吃”得個落花流水。然而，奇怪的是，部分巨噬細胞不但玩忽職守對癌細胞視而不見，還為其獻上生長因子這種精品養(yǎng)分。
為了調查巨噬細胞是另有苦衷還是做錘失職的罪行，科學家們進行了幾十年的探索，才找出巨噬細胞叛變的始作俑者CD47。
CD47是何方神圣？早在1990年，Hattie Gresham團隊就發(fā)現了CD47[2]。時隔近二十年，斯坦福大學的Weissman教授十年磨一劍和CD47死磕打底，在2009年《細胞》雜志上刊登文章證據確鑿地討伐CD47，指出其就是迷惑巨噬細胞的頭號嫌疑犯[3]。
具體來講，巨噬細胞有一個名為“SIRPα”的掃描神器，掃到訪客身上有CD47便會出現“綠碼”表示安全，于是SIRPα掃描儀得以激活并啟動抑制吞噬程序。
腫瘤細胞識破了巨噬細胞的工作流程，便機智地套上CD47馬甲。憨厚的巨噬細胞巡邏時遇到癌細胞，在CD47馬甲的迷惑下，誤當成自己人，不但友好放行還熱心腸地提供各種便利。
圖三：“別吃我”信號CD47和吞噬作用的關系；圖片來源：Front Oncol. 2015 Jan 29;5:7.。
上述研究發(fā)現是在動物體內完成，CD47在人體內究竟有沒有現實作用？
Weissman教授繼續(xù)深耕，發(fā)現卵巢癌（Ovarian Cancer）、神經膠質瘤（Glioma）和膠質母細胞瘤（Glioblastoma）等患者的存活時間和CD47多少息息相關[4]，間接肯定了CD47的重要性。
圖四：CD47 mRNA水平和實體瘤預后的關聯(lián)；圖片來源：Nat Rev Cancer, 2019. 19（10）: p. 541.。
拯救“迷途”的巨噬細胞
既然巨噬細胞得以沉冤昭雪，科學家又該如何幫助巨噬細胞擺脫癌細胞的操控，使其重新發(fā)揮抗癌作用？最簡單的辦法就是阻止CD47-SIRPα配對，于是靶向CD47/SIRPα的藥物應運而生。
CD47/SIRPα特異性抗體等藥物可解鎖巨噬細胞對癌細胞的吞噬功能，破解“別吃我”迷魂陣，備受專家們吹捧，CD47也順利成為后PD-（L）1時代腫瘤免疫最重要的明星靶點之一。
圖五：SIRPα-CD47免疫檢查點對吞噬作用的調節(jié)；圖片來源：J Clin Oncol, 2019. 37（12）: p. 1012-1014。
除了促進吞噬作用，科學家通過各種“缺胳膊短腿”抗體的設計和試驗，驚喜地發(fā)現CD47/SIRPα抗體還有“一石多鳥”的功效。
圖六：SIRPα-CD47抗體；圖片來源：Trends Immunol, 2018. 39（3）: p. 173-184。
一個完整的CD47抗體體型和大力水手類似，有著大而健碩的“Fab胳膊”用來抱住SIRPα，以及稍顯苗條的“Fc腿”。既然CD47抗體是靠“Fab胳膊”和SIRPα勾搭，進而幫助癌細胞逃逸追捕，那“Fc腿”應該無關緊要？有意思的是，缺少“Fc腿”的抗體竟然無法有效消滅腫瘤細胞[5]。進一步試驗證明，“Fc腿”本身也有促進吞噬作用的技能。
此外，CD47抗體還能協(xié)助樹突細胞將抗原呈遞給T細胞，召集T細胞過來幫忙，齊心協(xié)力對付癌細胞；也可以直接激活腫瘤細胞凋亡途徑，誘導腫瘤細胞群體性“自殺”[6]。
圖七： 靶向CD47的四個作用機理；圖片來源：Crit Rev Oncol Hematol. 2020 Aug;152:103014.。
是騾子是馬拉出來遛遛，是時候拿數據說話了。
2017年年初，還是這位斯坦福的老先生Weissman教授，野心勃勃選取了五種惡性兒童腦瘤進行CD47抗體測試。這五種兒童腦瘤可是腫瘤界的大惡霸，極具致命性和殺傷力，一旦被盯上幾乎等同于死亡判決。
不過一物降一物，老先生驚喜地發(fā)現 CD47抗體Hu5F9-G4確實可以抑制這五種兒童腦瘤的生長：神經膠質瘤小鼠本21天左右就一命嗚呼，注射高劑量Hu5F9－G4后竟活了38天[7]。
圖八：CD47抗體在具有免疫能力的C57BL/6宿主中抑制腫瘤生長；圖片來源： Sci Transl Med, 2017. 9（381）。
動物數據這么給力，Weissman教授團隊于是一鼓作氣啟動人體臨床的探究。兩名患有透明細胞卵巢癌和輸卵管癌的患者經過治療后，腫瘤分別小了50％和44％[8]。
圖九:（A）透明細胞卵巢癌患者和（B）輸卵管癌患者中觀察到了CD47抗體療效；圖片來源：J Clin Oncol, 2019. 37（12）: p. 946-953。
癌細胞的“偽裝術”這么輕而易舉就破解了？看到這，細心的讀者可能意識到一個破綻：癌細胞處心積慮披上CD47馬甲是為了喬裝打扮成“自己人”，不被巨噬細胞吃掉。用CD47抗體破壞癌細胞CD47的同時，如假包換的“自己人”是不是也會被連累？
很多正常細胞確實也穿著CD47這個“別吃我”馬甲，但癌細胞還得瑟得插了一些“吃我”的信號旗幟（如鈣網蛋白）。巨噬細胞在哈姆雷特式to eat or not to eat的思索中，悟出最佳解決方案是運用東方哲學的精髓，找到“吃我”和“別吃我”信號之間的平衡，所以大部分健康細胞哪怕沒了“別吃我”馬甲，得益于“吃我”信號的缺失也可躲過一劫。
棘手的是，人類重要的朋友紅細胞也有“吃我”信號，這意味著靶向CD47藥物在殺傷腫瘤細胞同時會不可避免誤傷紅細胞。事實上，有兩個臨床試驗因為發(fā)現患者紅細胞下降情況而被叫停。
兵來將擋，水來土掩。借鑒失敗經驗，科學家開啟了CD47抗體2.0升級版本的探索，摸索出三個主要對策：
紅細胞是兩側凹形，腫瘤細胞是球狀，身材不同在挑選CD47馬甲的時候自然品味各異，也就是說腫瘤細胞和紅細胞表面的CD47其實款式不盡相同，理論上來說完全可以找出只破壞腫瘤細胞CD47的抗體。
在所有CD47抗體海選的主辦方中，天境生物是絕對佼佼者。利用全人源抗體文庫和噬菌體展示技術，天境生物另辟蹊徑通過反向篩選最終獲得了CD47單抗冠軍選手TJC4。
與其他CD47抗體不同，TJC4能識別腫瘤細胞CD47獨特標記，而該標記在紅細胞上由于糖基化修飾不能充分暴露，因此TJC4對紅細胞的結合力微弱。
TJC4臨床一期初步結果顯示單注射給藥從1mg/kg至30mg/kg劑量范圍內患者都未發(fā)生嚴重的血液學不良事件。天境生物也憑借TJC4這個種子選手，獲得了艾伯維29億美元的贊助費用。
和海選并行開展還有抗體再改造。如果挑不到合適的，花功夫包裝二類選手也不失為一捷徑。
Trillium Therapeutics全新打造的TTI-621就是人SIRPα的N端V結構域與人IgG1 Fc區(qū)融合構成的抗體融合蛋白，數據顯示可最大限度減少與紅細胞的結合，從而將貧血降至最低。
保全大局，犧牲衰老紅細胞
和老化紅細胞不一樣，新生紅細胞表面表達“吃我”信號較低，因此對CD47抗體介導的吞噬作用不太敏感。發(fā)現這一規(guī)律后，Weissman教授創(chuàng)始的Forty Seven公司開發(fā)了CD47抗體Hu5F9-G4，并且使用了別出心裁的二步給藥方案。
第一步先給患者1mg/kg的啟動劑量，用來犧牲掉體內老化紅細胞，雖然會導致暫時性輕度貧血，但也可以刺激網織紅細胞成熟，補償性分化出新鮮的年輕紅細胞；第二步便可以高枕無憂放心使用較高劑量的抗體（30 mg/kg）實現抗腫瘤作用。
臨床數據顯示Hu5F9-G4聯(lián)合阿扎胞苷對骨髓增生異常綜合征（MDS）和急性髓系白血病（AML）患者治療具有良好的效果。24名MDS患者中，總緩解率達到92%，50% 患者實現完全緩解；22名AML患者中，總緩解率為64%，完全緩解率為41%。
雙劍合璧乘勝追擊
CD47靶向藥物千好萬好畢竟身單力薄，下一步計劃就是拉上志同道合的伙伴一起行動。要知道前輩PD-（L）1可是召集了幾百號盟友[9]，才進一步鞏固了揮斥方遒的江湖地位。
上文已提到Hu5F9-G4聯(lián)合阿扎胞苷的臨床試驗，接下來再舉幾個例子：
CD47抗體阻斷吞噬作用后可將腫瘤抗原呈遞給T細胞，從而誘導T細胞追殺癌細胞。因此與T細胞抑制劑（PD-（L）1）聯(lián)合不失為一妙計。多項臨床前研究已經表明CD47與PD-（L）1抑制劑確實合作愉快，發(fā)揮了一加一大于二的作用。
圖十一：CD47和PD-1聯(lián)合療法對腫瘤體積的影響；數據來源：[10]。
在臨床試驗中也CD47和PD-（L）1抗體也表現出色， 67%的患者接受RRx-001（CD47抗體）和納武單抗治療后疾病得以有效的控制（NCT02518958）。
此外和利妥昔單抗（CD20抗體）的聯(lián)合療法也得到初步臨床驗證。臨床1b期研究（NCT02953509）評估了CD47抗體5F9聯(lián)合利妥昔單抗在22例復發(fā)或耐藥的彌漫性大B細胞淋巴瘤（DLBCL）或濾泡性淋巴瘤中的有效性及安全性：50%患者客觀緩解，其中36%為完全緩解。濾泡性淋巴瘤患者的客觀緩解率為71%，高于DLBCL 患者（40%）[11]。
圖十二：5F9聯(lián)合利妥昔單抗臨床數據；數據來源：N Engl J Med, 2018. 379（18）: p. 1711-1721。
既然癌細胞被不被吃掉取決于“吃我”和“別吃我”信號的平衡，按照這個思路不難想到增強“吃我”信號可讓CD47抗體如虎添翼。增強“吃我”信號的方法包括化療、細胞毒性劑、以及誘導細胞凋亡的藥物等，比如上文提到的Hu5F9-G4和阿扎胞苷的聯(lián)用。
單單抑制CD47后仍有一些癌細胞對吞噬作用產生抵抗。是“吃我”信號太強？CD47抑制不夠徹底？巨噬細胞觸達不到腫瘤區(qū)域？還是另有蹊蹺？
帶著這些疑問， Weissman教授猜測極有可能CD47抗體奈何不了的癌細胞存在其它“別吃我”信號。不出所料，Weissman教授又發(fā)現了兩個“不吃我”信號分子：MHC1和CD24。不得不說癌細胞玩的都是套路。
和正常細胞比，部分癌細胞有更多的CD24[12]，并且CD24和巨噬細胞上的Siglec-10相結合（類似CD47和SIRPα這對CP）后也會釋放“別吃我”信號：“將患者的癌細胞與巨噬細胞混合在一個培養(yǎng)皿中，然后阻斷CD24與Siglec-10之間的相互作用，巨噬細胞就會像享用自助餐一樣狼吞虎咽地吞噬癌細胞”[13]。
圖十三：CD24/Siglec-10信號通路；數據來源：Nature, 2019. 572（7769）: p. 392-396 。
盡管還需要更多數據支撐，值得推敲的是CD24與CD47似乎以互補的方式發(fā)揮作用。有些癌癥，如血癌，對CD47抗體非常敏感，但對CD24抑制劑卻不那么感冒；而其它癌癥如卵巢癌，情況正好相反。果然是一個蘿卜一個坑。
圖片來源：Nat Rev Drug Discov. 2019 Sep;18（10）:747; Simon Bradbrook。
CD47-SIRPα 吞噬信號通路最早于1990年被發(fā)現，一直到2009年，人們才發(fā)現抑制CD47可恢復巨噬細胞吞噬癌細胞的技能[14]。接下來短短10年間，超過20個CD47抗體紛紛進入臨床試驗階段，MHC1 -LILRB1[15]和CD24- Siglec-10[12]兩條新的“別吃我”信號通路也被相繼發(fā)現。
第二代CD47抗體從初期臨床數據來看很好地控制了“傷及無辜”，但整體治療功效如何，是否能為PD-（L）1不響應患者提供新的治療方案，除了已知的“別吃我”信號是否還有其他漏網之魚？如何科學地替CD47抗體尋找合作伙伴？相信在不久的將來這些問題會被一一解答，CD47等抗體也會有更多嶄露頭角的機會。
作者簡介：
丁零，生物化學博士，青年寫作者。曾就職霍華德·休斯醫(yī)學研究所及MD安德森癌癥中心，現從事咨詢行業(yè)。
制版編輯 | Morgan
