巨噬细胞，作为固有免疫的重要组成部分，通常扮演抵御病原体入侵的“排头兵”和激活适应性免疫的“通信兵”。但是，在肿瘤环境中，它却禁不住肿瘤细胞释放的一些信号分子的“诱惑”，变成了“叛军”：它不仅阻止 T 细胞等攻击肿瘤细胞，还会分泌生长因子滋养肿瘤细胞，促进肿瘤血管的生成，导致肿瘤细胞转移扩散 [1]。据统计，巨噬细胞可占肿瘤总重量的一半 [2]！面对如此众多的 “叛变”巨噬细胞，有没有方法改变肿瘤环境，对巨噬细胞进行“再教育”，使其“洗心革面”，重新发挥抗癌作用呢？

近日，两名女科学家的研究成果给出了答案：Jennifer Guerriero 利用一种酶抑制剂、Sharareh Gholamin 利用一种抗体，殊途同归，对巨噬细胞进行了“再教育”，使其再次发挥抗癌作用，在小鼠模型中，肿瘤生长变慢或消退并不再转移！她们的研究成果分别发表在《自然》[3]、《科学 转化医学》[4] 上。

 

左为 Jennifer Guerriero，右为 Sharareh Gholamin

Guerriero 来自达纳法伯癌症中心，她和其他研究人员利用一种名叫 TMP195 的酶抑制剂，在乳腺癌小鼠模型中，使巨噬细胞“改邪归正”，缩小了肿块并阻止了肺转移。当 TMP195 与化疗药物或其 PD- 1 抑制剂联合使用时，提高了相应的疗效和耐受性。

早在 2013 年，研究人员就发现 TMP195 能够在体外，让巨噬细胞“洗心革面”，使其从促进肿瘤生长的“叛军”转变为攻击肿瘤组织的“卧底”[5]。TMP195 是 IIa 类组蛋白去乙酰化酶（Class IIa HDAC）的抑制剂。在肿瘤环境中，肿瘤细胞借助 IIa 类 HDAC 来调节巨噬细胞的增殖和分化。通常情况下，这种酶会使巨噬细胞走上有利于肿瘤细胞生长的“邪路”。TMP195 与此酶结合后，阻断了肿瘤细胞的“误导”途径，使巨噬细胞“改邪归正”，走上抑癌的正确道路。

鉴于此前的研究，Guerriero 及其团队猜想 TMP195 也能在体内对巨噬细胞进行“再教育”，诱发抗肿瘤固有免疫反应以使肿瘤消退。他们选取了一种能够模拟乳腺癌的小鼠模型，在这种小鼠中，晚期癌变和肺转移是由巨噬细胞控制的。

研究人员先给小鼠连续 5 天注射 TMP195，看看小鼠肿瘤中的巨噬细胞能否接受 TMP195 的“再教育”。他们发现小鼠的肿瘤部位确实发生了一系列免疫反应：促癌的巨噬细胞数量减少了，而新的抑癌巨噬细胞增多了，并激活了杀伤癌细胞的 T 细胞。此外，TMP195 还减少了肿瘤中血管的异常分支、增加了肿瘤的凋亡、减少了肿瘤的增殖！这说明肿瘤中的巨噬细胞并非“冥顽不灵”，经过“再教育”，还是会“迷途知返”的。于是，研究人员又根据小鼠肿块的大小，分别给予 13 天到 24 天的 TMP195 治疗。在 13 天时，小鼠的肿瘤增长速度明显降低了；24 天时，小鼠肺部的癌细胞转移灶数量和大小都明显减小了！取得这样的成绩，究竟是接受了“再教育”的巨噬细胞独家贡献呢，还是另有隐情呢？研究人员又分别采用缺乏某一类免疫细胞的小鼠进行了 TMP195 治疗，发现缺乏巨噬细胞和缺乏 CD8+ T 细胞（杀伤性 T 细胞）的小鼠，其 TMP195 抗肿瘤活性降低了。这说明 TMP195 的抗肿瘤效果是由巨噬细胞和 CD8+ T 细胞共同产生的。

故事到这里还没有结束，研究人员想知道接受了“再教育”的巨噬细胞还能做些什么。于是，他们将 TMP195 治疗同化疗药物（卡铂和紫杉醇）以及 PD- 1 抑制剂一起使用，看看这样的联合疗法会产生什么样的效果。研究发现 TMP195 诱导的巨噬细胞抗肿瘤作用能够提高化疗或 PD- 1 抑制剂的疗效和耐受性！看来巨噬细胞经过“再教育”还是大有可为的。

 

TMP195 与 PD- 1 抑制剂联合使用，增加了 PD- 1 抑制剂的疗效和耐受性

该研究的联合通讯作者 Anthony Letai 说：“一旦巨噬细胞‘改邪归正’，就会成为免疫系统攻击肿瘤的策划者。我们的研究结果表明，IIa 类 HDAC 抑制剂可以成为癌症治疗中激活潜在的抗癌巨噬细胞的有效途径。癌症治疗的未来可能涉及固有免疫和适应性免疫的相互配合，调动固有免疫系统是癌症治疗中令人兴奋的前沿！”[6] 斯坦福大学医学院的 Sharareh Gholamin，一直致力于儿童脑瘤的免疫治疗。她采用的是一种名叫 Hu5F9-G4 的抗体，在 5 种儿童脑瘤异种移植的小鼠模型中测试了这种抗体的疗效。Hu5F9-G4 成功地抑制了肿瘤生长及脑髓、骨髓的癌细胞转移，并通过增强巨噬细胞的募集作用延长了小鼠的生存时间，并且对正常组织没有毒性。

Hu5F9-G4 抑制了小鼠脑瘤的发展（左为对照组小鼠，右为实验组小鼠）

Hu5F9-G4 是 CD47 免疫检查点抑制剂。CD47 作为一种“别吃我”信号物质，广泛表达于多种细胞表面。癌细胞表面也会表达 CD47，它与巨噬细胞表面的配体 SIRPα结合后，就抑制了巨噬细胞的吞噬功能。同时癌细胞表面还会表达一些“吃我”的信号物质（如钙网蛋白），这些“吃我”信号物质是癌细胞特有的，在正常细胞表面通常不表达。巨噬细胞的吞噬作用取决于这些“吃我”信号和“别吃我”信号之间的平衡 [7]。因此，通过阻断 CD47-SIRPα信号通路，巨噬细胞就可以被诱导，选择性地吞噬癌细胞，但并不影响正常细胞 [8]。

（A）CD47 与 SIRPα结合，巨噬细胞不吞噬肿瘤细胞；（B）CD47 被抗体结合，肿瘤细胞被吞噬（liferaftgroup.org）

 

实际上，CD47 抑制剂是肿瘤免疫治疗的“新贵”。目前，有多家公司正在研发针对 CD47 的药物，这其中就包括本文的联合通讯作者，斯坦福大学 Irving L. Weissman 教授，创办的 Forty Seven（这个名字应该是直接来源于 CD47），该公司的产品之一就是 Hu5F9-G4。这次，Gholamin 及其研究团队在儿童脑瘤异种移植小鼠模型中证实 Hu5F9-G4 也是有效的，这意味着 Hu5F9-G4 是多种儿童中枢神经恶性肿瘤的潜在的、既安全又有效的治疗药物。以上两项研究表明，经过“再教育”，巨噬细胞吞噬作用的激活不仅可以直接产生治疗效果，还可以激发其他细胞以增强抗癌效果 [9]。因此，充分利用固有免疫将能够改善多种类型肿瘤的治疗效果。我们期待更多肿瘤免疫治疗的新突破。

参考资料：

[1] Biswas SK， Mantovani A. 2010. Macrophage plasticity and interaction with lymphocyte subsets： cancer as a paradigm. Nat Immunol 11：889-96

[2] Morrison C. 2016. Immuno-oncologists eye up macrophage targets. Nat Rev Drug Discov 15：373-4

[3] Guerriero, J. L. et al.2017. Class IIa HDAC inhibition reduces breast tumours and metastases through anti-tumour macrophages.Nat 543：428–432

[4] Gholamin, S. et al.2017. Disrupting the CD47‑SIRPα anti-phagocytic axis by a humanized anti‑CD47 antibody is an efficacious treatment for malignant pediatric brain tumors. Sci. Transl. Med 9.eaaf2968

[5] Lobera, M. et al.2013. Selective class IIa histone deacetylase inhibition via a nonchelating zinc-binding group. Nat. Chem. Biol 9:319–325

[6]http://www.dana-farber.org/Newsroom/News-Releases/Novel-compound-that-engages-second-arm-of-immune-system-reduces-breast-tumors-and-metastases-study-shows.aspx

[7] Vonderheide RH. 2015. CD47 blockade as another immune checkpoint therapy for cancer. Nat Med 21：1122-3

[8]M. P. Chao, S.J . et al.2010. Calreticulin is the dominant pro-phagocytic signal on multiple human cancers and is counterbalanced by CD47. Sci. Transl. Med. 2, 63ra94

[9] Villanueva MT.2017. Re-educating macrophages. Nat Rev Drug Discov 16：313