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Cell | 肿瘤微环境决定免疫治疗疗效,阻断TGF-β是关键

2019年09月30日 10:42 转发自BioArt 点击:[]

免疫检查点治疗 (Immune checkpoint therapy,简称 ICT 作为肿瘤免疫治疗中重要的一种方式,备受关注。它的主要作用机理是应用靶向CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4) ,PD-1 (programmed cell death protein 1) 或者PD-L1 (programmed death ligand 1) 的单克隆抗体,重新激活细胞毒性T细胞的杀伤功能,从而起到抑制肿瘤生长的作用 【1,2】


前列腺癌是男性人群高发的肿瘤种类之一 【3】 。其中,相当一部分病人病情会恶化至已转移性去势抵抗性前列腺癌 (metastatic castration-resistant prostate cancer,简称 mCRPC ,而骨骼则是最为常见的转移部位,占到70%到80% 【4】 。对于mCRPC病人,ICT取得了不错的疗效,但是,对于癌细胞已经转移至骨骼的病人,ICT疗效却不尽人意,那么原因为何呢?


2019年11月14日,来自美国德州大学安德森癌症研究中心的Padmanee Sharma研究组 (论文第一作者为 矫士平 博士) Cell杂志上发表题为 Differences in Tumor Microenvironment Dictate T Helper Lineage Polarization and Response to Immune Checkpoint Therapy 的文章, 发现处于不同微环境中的肿瘤,对ICT会产生不同的应答,并且,通过阻断TGF-β扩增CD8+T细胞,可以有效促进骨骼转移mCRPC的ICT治疗效果。


多项动物实验和人类样本证实,ICT可以有效增强肿瘤内部CD4 Th1细胞的水平 【5-7】 。作者比较前列腺癌症病人接受ICT治疗前后肿瘤的变化,发现同样也有此现象。但是,骨髓样本中的结果却恰恰相反,对于骨骼转移mCRPC病人来说,ICT之后,骨髓中Th17细胞水平显著上升,而Th1水平变化不大。也就是说,对于前列腺肿瘤和骨髓中转移的肿瘤,ICT造成了截然不同的结果。


为了进一步研究和证实这一现象,作者采用小鼠肿瘤模型,分别在小鼠的皮下或者骨内注射入前列腺癌细胞。作者发现,对于皮下CRPC模型,ICT可以有效增加肿瘤中Th1细胞的水平,小鼠的生存率也有了一定提高。而对于骨骼CRPC模型,虽然ICT后CD4+T细胞水平又了一定提高,但这些细胞主要是Th17,而不是具有抗肿瘤作用的Th1。


接下来,作者着重于其间的机制研究。在肿瘤微环境中,各类T细胞水平的变化会导致细胞因子表达和分泌的变化,所以,作者分析了常见的13种细胞因子的变化情况,包括interleukin-2   (简称IL-2)  , IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, IL-10, IL-12/p70, IL-17A, IL-21, IL-23, interferon-g   (简称IFN-g)  , tumor necrosis factor-a   (TNF-a)  和transforming growth factor-b1   (简称TGF-b1)   。发现,荷有肿瘤的股骨骨髓中,TGF-β的含量要远远高于正常股骨。而TGF-β是Th17细胞和Treg细胞的诱导因子,这也就解释了骨骼中高水平的Th17。


再下来,作者研究高水平的TGF-β从何而来。肿瘤细胞的骨骼转移往往伴随着骨骼内部结构的变化,而这些与成骨细胞 (osteoblastic) 和破骨细胞 (osteoclastic) 密切相关。作者发现,与正常股骨相比,荷有肿瘤的股骨中破骨细胞水平明显上升。作者阻断破骨细胞分化和活化的调控因子NF-κb,发现股骨中的破骨现象显著减弱,而TGF-β水平也显著降低,而其他细胞因子水平没有明显变化。这些结果说明,骨骼中的肿瘤可以激活破骨细胞,导致大量TGF-β的分泌。


最后,作者研究阻断TGF-β,是否有助于ICT在骨骼转移mCRPC中发挥作用。作者同样采用小鼠骨骼CRPC模型,发现,通过TGF-β抗体阻断其功能后,ICT作用明显增强,肿瘤生长速率明显降低,生存率也明显提高。与此同时,CD8+T细胞水平明显增加,而这种细胞具有杀伤肿瘤细胞的作用,是ICT疗效的标志之一。


这是一篇病理研究的典藏之作。其亮点有二,一是其经典的研究思路,先由病人样本出发,分析出不同肿瘤微环境下细胞水平的差异;随后采用小鼠肿瘤模型,从相互关联的分子,细胞和组织水平,研究不同肿瘤微环境下的变化差异,归纳出可能机制;最后,阻断这一机制,看ICT疗效是否有所改善。有理有据,浑然一体。二是其应用前景,作为目前影响人类生存发展的重大疾病之一,肿瘤研究一直是热点中的热点,作者不但给出了改善ICT的机制,还验证了这一机制的可行性,值得一提的是,这一机制的核心分子TGF-β还颇为常见,十分有利于临床转化。


原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.029


制版人:珂


参考文献



1. Dong, H., Strome, S.E., Salomao, D.R., Tamura, H., Hirano, F., Flies, D.B., Roche, P.C., Lu, J., Zhu, G., Tamada, K., et al. (2002). Tumor-associated B7-H1 promotes T-cell apoptosis: a potential mechanism of immune evasion.  Nat. Med . 8, 793–800.
2. Leach, D.R., Krummel, M.F., and Allison, J.P. (1996). Enhancement of anti- tumor immunity by CTLA-4 blockade.  Science  271, 1734–1736.
3. Siegel, R., Naishadham, D., and Jemal, A. (2012). Cancer statistics, 2012.  CA Cancer J. Clin.  62, 10–29.
4. Halabi, S., Kelly, W.K., Ma, H., Zhou, H., Solomon, N.C., Fizazi, K., Tangen, C.M., Rosenthal, M., Petrylak, D.P., Hussain, M., et al. (2016). Meta-analysis evaluating the impact of site of metastasis on overall survival in men with castration-resistant prostate cancer.  J. Clin. Oncol.  34, 1652–1659.
5. Chen, H., Liakou, C.I., Kamat, A., Pettaway, C., Ward, J.F., Tang, D.N., Sun, J., Jungbluth, A.A., Troncoso, P., Logothetis, C., and Sharma, P. (2009). Anti- CTLA-4 therapy results in higher CD4+ICOShi T cell frequency and IFN-gamma levels in both nonmalignant and malignant prostate tissues.  Proc. Natl. Acad. Sci. USA  106, 2729–2734.
6. Liakou, C.I., Kamat, A., Tang, D.N., Chen, H., Sun, J., Troncoso, P., Logothetis, C., and Sharma, P. (2008). CTLA-4 blockade increases IFNgamma-producing CD4+ICOShi cells to shift the ratio of effector to regulatory T cells in cancer pa- tients.  Proc. Natl. Acad. Sci. USA  105, 14987–14992.
7. Wei, S.C., Levine, J.H., Cogdill, A.P., Zhao, Y., Anang, N.A.S., Andrews, M.C., Sharma, P., Wang, J., Wargo, J.A., Pe’er, D., et al. (2017). Distinct cellular mechanisms underlie anti-CTLA-4 and anti-PD-1 checkpoint blockade. Cell 170, 1120–1133.


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