在二十一世纪的第二个十年，以PD-1/PD-L1抑制剂和CTLA-4抑制剂为代表的免疫疗法诞生，深刻地改变了癌症的治疗范式，让治愈癌症的梦想不再遥不可及。

 

不过，当前免疫疗法带来的持久临床益处只发生在一小部分患者身上[1]，还有很多患者不能从中获益，这说明一定还有其他的机制限制了肿瘤内的免疫反应。

 

近年来，科学家已经陆续发现了很多免疫抑制信号通路。临床前的研究也证实，同时阻断多个免疫抑制通路，可以增强抗肿瘤免疫力。更重要的是，在临床研究中，PD-1/PD-L1抑制剂联合CTLA-4抑制剂[2，3]，已经在多个癌种中表现出1+1＞2的组合效应。

 

这些研究都表明，不同的免疫抑制性信号通路在功能上是相互独立的，不冗余。因此，新的免疫抑制性分子让人充满期待。

 

▲ 抗肿瘤免疫循环

 

实际上，时至今日，很多人都在暗自揣摩：在二十一世纪的第三个十年，哪个新靶点更有希望成为免疫治疗最凶猛的“后浪”。

 

在奇点糕看来，近年来颇受关注的TIGIT，极有可能是免疫治疗下一幕大戏的主角。

 

为什么这么说呢？这事儿咱们还得从头说起。

 

什么是TIGIT

 

2008年，任职于基因泰克的科学家Jane L Grogan率领她的团队，打算在已经激活的T细胞中寻找还没有被发现的共刺激或者抑制分子[4]。

 

他们在基因泰克的同事于2005年构建的数据库[5]中搜寻，偶然发现了一个在T细胞和NK细胞中特异性表达的基因。这个基因编码的蛋白由细胞外的免疫球蛋白（IgV）结构域，I型跨膜结构域，以及细胞内的免疫受体酪氨酸抑制基序（ITIM）共同组成[4]。

 

▲ 图源：cshl.edu

 

基于这个基因编码的蛋白信息，Grogan和她的同事就将这个蛋白命名为TIGIT（T cell immunoglobulin and ITIM domain，T细胞免疫球蛋白和ITIM结构域）[4]。这也就是备受关注的TIGIT名字的最初来源。

 

在这个研究中，Grogan团队还发现TIGIT是一个抑制T细胞活性的分子，它的高亲和力核心受体——脊髓灰质炎病毒受体（PVR），还可以称之为CD155[4]。

 

四年之后，Grogan团队又获取了PVR与TIGIT相互作用的晶体结构[6]，从整体上看是个类似字母“M”的结构，两个TIGIT分子结合在一起居中，左右分别结合一个PVR分子，构成一个异源四聚体组合。

 

▲ TIGIT与PVR的结合示意图

 

那TIGIT究竟是如何调节T细胞和NK细胞的抗癌活性的呢？咱们先看看TIGIT对T细胞的影响。

 

TIGIT是PD-1/PD-L1通路的同伙

 

一直以来，激活杀伤性T细胞的抗肿瘤反应是大多数免疫治疗的主要目标，因为科学家认为，杀伤性T细胞的活化是完全消灭癌细胞所必需的条件。

 

因此在2014年，Grogan团队在人类血液样本、非小细胞肺癌组织样本和荷瘤小鼠模型上，研究了TIGIT与抗肿瘤杀伤性T细胞（CD8+ T细胞）功能之间的关系[7]。

 

研究人员发现，与健康人外周血单个核细胞（PBMC）相比，非小细胞肺癌患者PBMC中的CD8+ T细胞TIGIT表达水平提高三倍，肿瘤浸润CD8+ T细胞的TIGIT表达水平提高四倍。

 

▲ 非小细胞肺癌的PBMC和TIL中T细胞的TIGIT表达水平

 

而且研究人员还发现，在肿瘤浸润CD8+ T细胞中，仅耗竭性T细胞的TIGIT表达量明显升高，且和PD-1的表达量变化同步。这就意味着TIGIT与PD-1/PD-L1通路对肿瘤浸润CD8+ T细胞有协同抑制作用。

 

▲ 在非小细胞肺癌中TIGIT与PD-1表达水平之间的关系

 

为了检验TIGIT与PD-1/PD-L1通路之间的协同抑制效果，Grogan团队又在荷瘤小鼠身上研究了分别或同时阻断TIGIT和PD-1/PD-L1通路的抗癌效果。

 

从结果看，相比于分别单独阻断TIGIT与PD-1/PD-L1通路，同时使用抗TIGIT抗体和抗PD-L1抗体的抗癌效果显著更好，肿瘤体积缩小和小鼠生存时间改善明显。

 

▲ 联合阻断TIGIT和PD-L1可以缩小肿瘤体积与生存期延长

 

究其背后原因，是抗TIGIT抗体联合抗PD-L1抗体改善了肿瘤浸润CD8+ T细胞的效应功能，让产生IFNγ和TNFα的肿瘤浸润CD8+ T细胞水平增加数倍。

 

这就意味着，抗TIGIT抗体和抗PD-L1抗体的联合使用，能逆转肿瘤浸润CD8+ T细胞的耗竭状态，恢复其杀伤癌细胞的能力。即，抗TIGIT抗体与抗PD-L1抗体之间存在协同作用。

 

▲ 抗TIGIT联合抗PD-L1对CD8+ T细胞产生IFNγ的影响

 

Grogan团队的研究成果不是证实TIGIT是免疫抑制分子的孤例。在2016年，宾夕法尼亚大学医学院和北京地坛医院的研究人员通力合作，在急性髓性白血病（AML）患者群体中分析了TIGIT表达与T细胞耗竭和患者预后之间的关系[8]。

 

在这项研究中，研究人员发现，对比不表达TIGIT的CD8+ T细胞，表达TIGIT的CD8+ T细胞产生TNFα、IFNγ和IL2水平显著降低，而代表细胞进入耗竭状态的标志物Annexin V和CD95的表达显著升高。 

▲ 在AML中，TIGIT的表达水平与CD8+ T活性之间的关系

 

用siRNA敲低CD8+ T细胞的TIGIT的话，TNFα、IFNγ和IL2水平显著回升，而细胞耗竭标志物Annexin V和CD95的表达水平则显著下降。 

 

▲ siRNA敲低TIGIT对CD8+ T细胞活性的影响

 

通过以上的研究我们不难发现，TIGIT的表达与CD8+ T细胞的耗竭密切相关，阻断TIGIT信号通路，能在一定程度上逆转CD8+ T细胞的耗竭。

 

▲ siRNA敲低TIGIT降低了CD8+ T细胞的凋亡

 

不过，TIGIT对抗肿瘤免疫反应的影响远远不止抑制CD8+ T细胞的抗肿瘤活性。因为，近年来的研究表明，TIGIT对NK细胞的抑制作用，有可能也是抗肿瘤免疫抑制的关键。

 

TIGIT对NK细胞的影响

 

在T细胞占据免疫治疗舞台中央的今天，很少有人关注NK细胞在免疫治疗中的重要性。

 

实际上，NK细胞杀死癌细胞释放肿瘤特异性抗原，是启动免疫反应至关重要的一步。

 

正如前面所介绍的那样，早在2008年，Grogan团队就已经发现TIGIT在NK细胞表面高表达[4]。随后的研究发现，肿瘤细胞表面表达的PVR分子，可以与NK细胞表面的TIGIT结合，给NK细胞下达抑制性信号，导致NK细胞杀伤癌细胞的功能降低[9，10]。

 

这说明TIGIT也是NK细胞表面的一个抑制分子。

 

▲ TIGIT是NK细胞表面的免疫检查点之一

 

不过，NK细胞表面的TIGIT对抗肿瘤免疫的影响可能远不止于此。

 

在2018年，中国科学技术大学田志刚和孙汭团队有一个重要的发现。

 

研究人员首先发现，耗竭表型的NK细胞大量表达TIGIT而不是PD-1，无论是敲除编码TIGIT的基因，还是用抗TIGIT抗体抑制TIGIT，都能增加NK细胞表达CD107a和肿瘤坏死因子等抑癌因子的水平，增强NK细胞的抗癌能力，延长荷瘤小鼠的生存时间[11]。

 

▲ 抗TIGIT抗体对NK细胞活性的影响

 

让研究人员感到惊喜的是，特异性的敲除NK细胞里面的Tigit基因后，不仅逆转了NK细胞的耗竭状态，甚至连肿瘤里面表达PD-1的杀伤性T细胞也显著减少。这说明，T细胞的耗竭与NK细胞的耗竭密切相关。

 

随后的研究更让人吃惊。如果定向清除小鼠体内的NK细胞，那么无论是抗TIGIT抗体，还是抗PD-L1抗体，甚至是两个抗体联合使用，治疗癌症的效果都严重下降。

 

具体到背后的原因，科学家发现，相比于NK细胞存在的抗TIGIT抗体联合抗PD-L1抗体，在NK细胞不存在的情况下，这个联合疗法导致耗竭的CD8+ T细胞更多，处于激活状态的CD8+ T细胞水平更低。

 

▲ 消除NK细胞的影响

 

以上结果说明，TIGIT的表达与NK细胞密切相关，抑制TIGIT可以恢复NK细胞的抗癌活性。更重要的是，抗PDL1与抗TIGIT的治疗效果依赖于NK细胞的存在。

 

这也在一定程度上也是PD-1/PD-L1抑制剂联合TIGIT抑制剂，在临床前研究中表现出更好抗癌效果的原因。

 

通过以上的介绍，我们不难看出，用抗TIGIT抗体阻断TIGIT/PVR信号通路，能达到同时解除肿瘤对肿瘤浸润性CD8+ T细胞和NK细胞的抑制，真可谓一箭双雕。

 

实际上，随着对TIGIT信号通路研究的深入，研究人员发现，TIGIT对抗肿瘤免疫的影响不止T细胞和NK细胞，还有提呈抗原的树突状细胞，具有免疫抑制性的调节性T细胞（Treg）等。

 

具体而言，有三重机制[12]：第一，肿瘤细胞或树突状细胞的PVR与肿瘤浸润CD8+ T细胞和NK细胞表面作为受体的TIGIT结合，直接抑制二者的活性；第二， TIGIT还可以作为配体，肿瘤浸润CD8+ T细胞和Treg上的TIGIT配体，与肿瘤细胞或树突状细胞的PVR受体结合，会促进IL-10等抗炎因子的产生，抑制免疫反应；第三，肿瘤浸润CD8+ T细胞表面的TIGIT竞争性与肿瘤细胞或树突状细胞的PVR结合，导致T细胞激活受体CD226不能与PVR结合，进而抑制T细胞活性。

 

▲  TIGIT调节抗肿瘤免疫的三种机制（TIGIT的作用机制非常有意思，想了解更多的话，可以看参考文献12）

 

既然TIGIT作用于那么多免疫相关细胞，那么靶向TIGIT的抗体治疗效果究竟如何呢？

 

TIGIT抑制剂的抗癌效果让人期待

 

在刚刚闭幕的2020年美国临床肿瘤学会（ASCO）年会上，抗TIGIT抗体Tiragolumab联合阿替利珠单抗（Atezolizumab）一线治疗PD-L1阳性非小细胞肺癌患者的随机、双盲、安慰剂对照II期临床研究CITYSCAPE数据发布[13]，该研究的主要终点，即客观缓解率（ORR）和无进展生存期（PFS）均取得了阳性结果。

 

在中位随访10.9个月的时间里，Tiragolumab+阿替利珠单抗组患者的客观缓解率（ORR）为37％，中位无进展生存期（mPFS）是5.55个月；安慰剂+阿替利珠单抗的这两个数据分别是21%和3.88个月。

 

探索性分析PD-L1 TPS≥50%的亚组数据发现，Tiragolumab+阿替利珠单抗组比安慰剂+阿替利珠单抗组疾病进展或死亡风险降低了70%，mPFS分别为未达到和4.11个月，相应的ORR分别为66%和24%。

 

总的来说，与安慰剂+阿替利珠单抗相比，Tiragolumab+阿替利珠单抗能显着提高患者的ORR和PFS，PD-L1 TPS≥50%的亚组的改善幅度更大；此外，两种治疗方式的安全性相似。

 

▲ 图源：HHMI

 

CITYSCAPE研究的成功，与前文介绍的作用机制相互印证，说明TIGIT不仅是一个免疫抑制分子，而且还与PD-1/PD-L1通路有协同作用。因此，同时抑制TIGIT和PD-1/PD-L1才表现出1+1＞2的效果。

 

据了解，鉴于CITYSCAPE试验的优秀数据，在肺癌领域围绕抗TIGIT抗体tiragolumab的两项III期临床研究SKYSCRAPER-01（NCT04294810）和SKYSCRAPER-02（NCT04256421），也已经于今年年初开展。无论如何，这两项研究数据都让人满怀期待。

 

免疫治疗的未来

 

免疫治疗发展到今天，科学家和医生已经意识到，单凭单一的药物，几乎是没有可能战胜实体瘤的。

 

免疫治疗的未来必然是多种药物联合，无论是免疫药物联合放疗、化疗、靶药，还是免疫联合免疫，最终的目的都是要打通抗肿瘤免疫循环，激发更强大的抗肿瘤免疫反应，让患者从治疗中获得更多更持久的益处。

 

▲  2017年统计的免疫联合治疗临床研究

 

从这个角度看的话，参与到抗肿瘤免疫循环多个环节的TIGIT确实是一个能给人无限想象的新靶点。

 

或许TIGIT就是下一个十年引领潮流的后浪。

 

 

参考文献：

[1].Postow MA, Callahan MK, Wolchok J D. Immune checkpoint blockade in cancer therapy[J]. Journal of clinical oncology, 2015, 33(17): 1974.

[2].Larkin J, Chiarion-Sileni V, Gonzalez R, et al. Combined nivolumab and ipilimumab or monotherapy in untreated melanoma[J]. New England journal of medicine, 2015, 373(1): 23-34.

[3].Hellmann MD, Paz-Ares L, Bernabe Caro R, et al. Nivolumab plus ipilimumab in advanced non–sma​​ll-cell lung cancer[J]. New England Journal of Medicine, 2019, 381(21): 2020- 2031.

[4].Yu X, Harden K D, Gonzalez L C, et al. The surface protein TIGIT suppresses T cell activation by promoting the generation of mature immunoregulatory dendritic cells[J]. Nature Immunology, 2009, 10(1): 48-57.

[5].Abbas A R, Baldwin D T, Ma Y, et al. Immune response in silico (IRIS): immune-specific genes identified from a compendium of microarray expression data[J]. Genes and Immunity, 2005, 6(4): 319-331.

[6].Stengel K F, Harden-Bowles K, Yu X, et al. Structure of TIGIT immunoreceptor bound to poliovirus receptor reveals a cell–cell adhesion and signaling mechanism that requires cis-trans receptor clustering[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012, 109(14): 5399-5404.

[7].Johnston R J, Comps-Agrar L, Hackney J, et al. The immunoreceptor TIGIT regulates antitumor and antiviral CD8+ T cell effector function[J]. Cancer cell, 2014, 26(6): 923-937.

[8].Kong Y, Zhu L, Schell T D, et al. T-cell immunoglobulin and ITIM domain (TIGIT) associates with CD8+ T-cell exhaustion and poor clinical outcome in AML patients[J]. Clinical Cancer Research, 2016, 22(12): 3057-3066.

[9].Stanietsky N, Rovis T L, Glasner A, et al. Mouse TIGIT inhibits NK‐cell cytotoxicity upon interaction with PVR[J]. European journal of immunology, 2013, 43(8): 2138-2150.

[10].Li M, Xia P, Du Y, et al. T-cell immunoglobulin and ITIM domain (TIGIT) receptor/poliovirus receptor (PVR) ligand engagement suppresses interferon-γ production of natural killer cells via β-arrestin 2-mediated negative signaling[J]. Journal of Biological Chemistry, 2014, 289(25): 17647-17657.

[11].Zhang Q, Bi J, Zheng X, et al. Blockade of the checkpoint receptor TIGIT prevents NK cell exhaustion and elicits potent anti-tumor immunity[J]. Nature immunology, 2018, 19(7): 723-732.

[12].Manieri N A, Chiang E Y, Grogan J L. TIGIT: a key inhibitor of the cancer immunity cycle[J]. Trends in immunology, 2017, 38(1): 20-28.

[13].Primary analysis of a randomized, double-blind, phase II study of the anti-TIGIT antibody tiragolumab (tira) plus atezolizumab (atezo) versus placebo plus atezo as first-line (1L) treatment in patients with PD-L1 -selected NSCLC (CITYSCAPE).