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miRNA調(diào)節(jié)免疫檢查點在腫瘤治療中的研究進展

2018-01-31 10:51苗素平郭二亮姜寰宇綜述苗素生審校
實用腫瘤學雜志 2018年1期
關(guān)鍵詞:檢查點癌細胞靶向

苗素平 郭二亮 裴 榮 姜寰宇 綜述 苗素生 審校

基因突變的積累、蛋白質(zhì)的異常表達和細胞紊亂調(diào)節(jié)的過程都是導致癌細胞產(chǎn)生特異性抗原的基礎(chǔ),但也是免疫系統(tǒng)的潛在靶標。癌癥發(fā)生中正常的免疫應(yīng)答由幾個連續(xù)的步驟組成,即免疫系統(tǒng)的激活和癌癥特異性抗原的免疫反應(yīng)[1]。癌癥患者免疫循環(huán)中,癌細胞抗原的復(fù)雜級聯(lián)釋放、樹突狀細胞(DCs)的抗原呈遞、T淋巴細胞的激活和T細胞向腫瘤部位的遷移等各個步驟中都有可能出現(xiàn)錯誤。此時針對不同錯誤,免疫治療的方法也各不相同,包括使用白細胞介素(ILs)、干擾素(IFNs)、針對免疫細胞組分的抗體以及免疫檢查點等的特異性疫苗治療。

免疫檢查點分子包括細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)抗原4(CTLA-4)、程序性細胞死亡蛋白1(PD-1)及其配體PD-L1(PD-L1)、T細胞膜蛋白3(TIM3)、淋巴細胞活化基因3(LAG3)及B細胞和T淋巴細胞衰減因子(BTLA)[2-4]。在生理狀態(tài)下通過這些分子維持免疫系統(tǒng)的自我耐受防止自身免疫反應(yīng)的發(fā)生[5]。然而,在腫瘤微環(huán)境中此類特異性免疫分子的異常表達可以誘導免疫耐受的產(chǎn)生,從而引起腫瘤細胞的免疫逃逸[2]。因此,免疫檢查點的治療有著與常規(guī)癌癥治療方法不同的思路。不僅可通過調(diào)節(jié)T細胞的相關(guān)分子對免疫檢查點調(diào)節(jié)使T細胞直接殺死腫瘤細胞;還可以通過去除抑制因子調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境而引起正常的免疫應(yīng)答殺死腫瘤細胞[6]。本綜述主要概述了目前臨床實踐中與癌癥治療相關(guān)的免疫檢查點及其各自的分子靶標,著重從miRNA在腫瘤微環(huán)境中調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的作用和其作為免疫檢查點的分子調(diào)節(jié)劑及成為癌癥治療潛在靶點的意義進行綜述。

1 免疫檢查點分子

臨床靶向的第一個免疫檢查點是CTLA-4,其主要在CD4和CD8陽性T細胞表面表達,能夠與CD80或CD86結(jié)合和CD28競爭相同的配體,通過較高的親合力抑制T細胞的免疫功能[7]。跨膜糖蛋白PD-1主要由細胞內(nèi)部的兩個磷酸化位點、跨膜區(qū)和胞外免疫球蛋白V形結(jié)構(gòu)域組成,其主要在T細胞表面表達,通過誘導抗原特異性T細胞與調(diào)節(jié)性T細胞的凋亡來抑制免疫應(yīng)答[8]。由于PD-1/PD-L1途徑的過度活化導致抗腫瘤免疫應(yīng)答的抑制,因此PD-1和PD-L1配體的表達水平與多種癌癥的預(yù)后相關(guān)[9-10]。B7家族成員中,B7-H3可在多種腫瘤中表達,如在腎細胞癌和前列腺癌中高表達會降低患者的預(yù)后[11];B7-H4在卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌、乳腺癌、腎細胞癌和前列腺癌的高表達較常見,同樣其高表達也會降低患者的生存期[12];而且B7-H3和B7-H4比其他多數(shù)成員(如CTLA-4和CD28)對免疫系統(tǒng)具有更大的影響作用。LAG3[13]是主要組織相容性復(fù)合物II類分子唯一已知的受體,由腫瘤浸潤的巨噬細胞和DCs表達,其可以增強調(diào)節(jié)性T細胞的作用,抑制CD8+陽性T細胞的功能,并促進癌細胞的自我耐受和免疫逃逸。TIM3主要由DCs、天然殺傷細胞、T細胞和巨噬細胞表達,該免疫檢查點分子的已知配體包括半乳凝素-9等[14],其在多種惡性腫瘤細胞中高表達,如黑色素瘤、肝癌和肺癌等。BTLA在結(jié)構(gòu)和功能上類似于PD-1和CTLA-4,主要由活化的輔助性T細胞產(chǎn)生。這些免疫檢查點分子在癌癥的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵性的作用。

2 miRNAs與免疫的關(guān)系

微小RNA即miRNAs,是一種由長度約為18~24個核苷酸組成的內(nèi)源性單鏈非編碼小RNA。其主要通過miRNA的5′端核苷酸與特異基因mRNA的3′非編碼區(qū)(3′-UTR)形成不完全互補,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平的基因表達,從而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的表達,最終在細胞的生長、發(fā)育、代謝等生命過程中發(fā)揮調(diào)控作用[15-16]。miRNA在不同惡性腫瘤中表達不同,具有較高的預(yù)測和預(yù)后價值。由于它們可通過不同機制使免疫反應(yīng)發(fā)生相應(yīng)的變化,包括免疫細胞分子的重編程,miRNA越來越受到關(guān)注。這一特征與miRNA模擬物(或抑制劑)抗腫瘤活性一起使得miRNA網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域成為抗腫瘤治療非常有吸引力的新方法[17]。此外,越來越多的證據(jù)表明,miRNA也可以通過影響腫瘤和免疫細胞中免疫調(diào)節(jié)分子的表達來影響抗腫瘤免疫應(yīng)答。除了它們在腫瘤免疫逃逸和腫瘤-宿主相互作用改變中的重要作用外,免疫性miRNA通常發(fā)揮調(diào)節(jié)性腫瘤特性,因此成為未來聯(lián)合免疫治療方法的有希望的靶點[18]。

已證實miRNA的作用與炎癥相關(guān)聯(lián),并且能夠調(diào)控T細胞的活化、分化和應(yīng)答等功能,以及作為免疫穩(wěn)態(tài)和T細胞免疫的關(guān)鍵分子[19]。致瘤性方面,差異表達的miRNA也在不同的免疫群體中被鑒定,如T細胞、NK細胞、TAMs、CAF等,其能夠潛在調(diào)節(jié)它們的抗原性并參與TME細胞組分的重編程[20]。隨著B7家族成員數(shù)量的增長[21],研究表明B7家族成員能夠受到miRNA的調(diào)控,特別是免疫檢查點分子PD-1、PD-L1、CTLA-4、CD28和ICOS-L,并且MetaCore生物信息學分析揭示了miRNA與TF等之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)關(guān)系。

3 免疫檢查點抑制劑

免疫治療的靶點和新型藥物正在被腫瘤學界迅速發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用,人們更清晰的認識到癌癥與宿主免疫系統(tǒng)之間的復(fù)雜相互關(guān)系。癌癥細胞利用免疫系統(tǒng)幫助其增強生存和增殖信號、促進血管生成、誘導轉(zhuǎn)移與進展等方法促進生存。同時,癌細胞還能通過自我修飾和宿主免疫抑制逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)視。HNSCC臨床試驗的最新研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)癌細胞的高突變、T細胞高度浸潤、PD-L1上調(diào)為有效的抗癌免疫治療提供了有力的依據(jù),從而成為免疫治療的最佳靶標[22]。20世紀90年代后期,研究人員首次開發(fā)出免疫檢查點CTLA-4抑制劑Ipilimumab可使多種腫瘤縮小,尤其是在黑素瘤治療中的應(yīng)用,近年來,基于Ipilimumab的治療已經(jīng)從高轉(zhuǎn)移性黑色素瘤成功地擴大到了局部晚期黑色素瘤的治療中[23-24]。同樣,研究顯示使用抗PD-1抗體在治療黑素瘤、晚期RCC、非小細胞肺癌(NSCLC)、頭頸部癌癥和膀胱癌也有類似的效果,并且在治療轉(zhuǎn)移性黑色素瘤中,使用PD-1抑制劑Nivolumab能使患者1年生存率達到72.9%,而化療治療后僅為42.1%[25-26]。免疫檢查點抑制劑治療的關(guān)鍵問題是耐藥性的產(chǎn)生,其可在治療開始與過程中出現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn),PD-1抑制劑治療轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者失敗的主要原因是高達70%的先天性抗PD-1耐藥,這種現(xiàn)象似乎與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)和腫瘤微環(huán)境連續(xù)變化密切相關(guān)[27]。另外,抗免疫檢查點抑制劑的治療可能與IFN-γ相關(guān)途徑的失活有關(guān),在用PD-1抑制劑治療黑素瘤時,IFN受體相關(guān)的Janus激酶1和2的失活導致對用IFN-γ的治療產(chǎn)生無效反應(yīng)[28]。而miRNA的深入研究可能為耐藥性的解決帶來福音。

4 miRNA和免疫檢查點

miR-15a、-15b、-16、-195、-424、-497和-503同屬于miR-15家族[29],能夠調(diào)節(jié)免疫檢查點分子PD-L1和CD80的表達。在卵巢癌中,miR-424(322)能直接結(jié)合mRNA抑制其表達,通過減少DCs中CD80蛋白的表達水平而阻斷CD80/CTLA-4免疫檢查點途徑,miR-424(322)的低表達能使CD80和PD-L1的表達升高,而且與化療耐藥性高度相關(guān)[30]。miR-138的表達同樣在多種惡性腫瘤中下調(diào),如頭頸鱗狀細胞癌、間變性甲狀腺癌等[31],它能誘導癌細胞凋亡,通過減少波形蛋白的表達來預(yù)防EMT,并直接靶向轉(zhuǎn)錄因子SOX4和缺氧誘導因子-α(HIF-α)來減少轉(zhuǎn)移擴散。此外,miR-138通過結(jié)合3′-UTRs來抑制效應(yīng)物和調(diào)節(jié)性T細胞表面上的免疫檢查點分子PD-1和CTLA-4的表達,在膠質(zhì)瘤中,miR-138通過靶向抑制免疫檢查點分子的表達來促進抗癌免疫,并顯著縮小了瘤體[32]。具有腫瘤抑制功能的另一種miRNA是miR-28,衰竭性T細胞表面通常高表達各種免疫檢查點分子[33],包括BTLA、LAG3、TIM3和PD-1,通過減少這些細胞因子的分泌能使衰竭性T細胞在腫瘤微環(huán)境中解除抑制而攻擊癌細胞。黑色素瘤中耗盡的PD-1+T細胞與PD-1-T細胞不同,表達11種miRNA,其miR-28通過結(jié)合30-UTR來抑制TIM3、BTLA和PD-1的表達[34]。實驗中,miR-28模擬物可通過增加T細胞中IL-2和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的分泌來減少部分轉(zhuǎn)化耗盡的PD-1陽性細胞的表型。此外,miR-28還通過沉默MAD2L1(細胞周期主要檢查點之一)來減少B淋巴細胞瘤的細胞增殖。由于其參與T細胞調(diào)節(jié)和腫瘤細胞增殖,miR-28是癌癥治療的潛在靶標。miR-34有腫瘤抑制功能[35],其家族包括miR-34a、-34b和-34c,miR-34a在實體瘤的表達中常常下調(diào),它能直接靶向PD-L1的3′-UTR,并抑制該免疫檢查點分子的表達。在急性髓系白血病和NSCLC細胞中,低表達的miR-34a與PD-L1的過表達相關(guān)[36],且miR-34a可抑制PD-L1的表達。此外,miR-34a可通過影響PD-1/PD-L1相互作用并誘導IFN-γ和TNF-α的分泌來降低CD8+/PD-1+T表型的細胞,Ⅰ期臨床試驗中,正在探究MRX34(含有miR-34a模擬物的脂質(zhì)體制劑)的安全性,說明使用miRNA模擬物/抗miRNA試劑治療癌癥有非常重要的意義。與之相類似的miR-138-5p同樣具有免疫調(diào)節(jié)功能[37],其在結(jié)腸直腸癌(CRC)細胞中表達經(jīng)常下調(diào),低表達的miR-138-5p與疾病晚期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和臨床預(yù)后差相關(guān)。首先miR-138-5p的表達能夠阻止CRC細胞的增殖;其次它還可阻止惡性細胞從G1到S期的轉(zhuǎn)變。值得注意的是miR-138-5p還可通過結(jié)合3′-UTR直接抑制PD-L1的表達。而PD-L1表達的恢復(fù)能夠逆轉(zhuǎn)惡性的細胞增殖和進程的重新開始,表明miR-138-5p是通過降低PD-L1表達來調(diào)節(jié)前兩個過程的。運用能夠阻斷PD-L1途徑的miR-138-5p的替代物將會是腫瘤的有效治療方法。

由于單個miRNA可同時靶向多個mRNA,所以異常miRNA表達的患者可能有多種調(diào)節(jié)途徑的紊亂。如miR-200參與調(diào)節(jié)腫瘤細胞中EMT和PD-L1的表達,EMT是癌癥轉(zhuǎn)移的重要驅(qū)動因素,在轉(zhuǎn)移中其能夠調(diào)控細胞間的接觸而促進癌細胞運動、侵襲和轉(zhuǎn)移,而p53可有效抑制EMT導致轉(zhuǎn)錄因子鋅指結(jié)構(gòu)家族1和2的表達[38],許多腫瘤中p53的突變失活導致了腫瘤的進展和擴散轉(zhuǎn)移,癌細胞中的miR-200能通過p53反式激活后直接靶向鋅指結(jié)構(gòu)1來抑制這些過程。腫瘤微環(huán)境的變化對抑制EMT上皮細胞的免疫應(yīng)答產(chǎn)生重要作用,而miR-200在微環(huán)境中具有調(diào)節(jié)T細胞的功能。NSCLC細胞中[39],miR-200靶向PD-L1的3′-UTR并降低其表達,逆轉(zhuǎn)CD8+T細胞的產(chǎn)生。因此,NSCLC細胞中低miR-200表達水平與高PD-L1表達水平和EMT的增高相關(guān),有著miR-200/PD-L1表達模式的早期NSCLC患者可使用miR-200類似物阻斷PD-L1而獲益。miR-197是另一種影響免疫檢查點分子的miRNA[40],其下調(diào)導致下游信號傳導途徑失調(diào),并引起腫瘤的進展和多重耐藥的發(fā)生。NSCLC中miR-197直接抑制細胞周期蛋白依賴性激酶CKS1B的表達,而CKS1B又與轉(zhuǎn)錄因子信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子相互作用,低表達的miR-197能促進信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子CKS1B的磷酸化。此外miR-197/CKS1B/信號誘導PD-L1過度表達轉(zhuǎn)錄因子和激活因子3級聯(lián)還能促進NSCLC對順鉑和紫杉醇的耐藥性[41]。因此,PD-L1陽性的NSCLC患者可能受益于用miR-197模擬物治療。

近來研究表明[42],病毒性miRNAs特別是屬于皰疹病毒家族的miRNA在感染后長時間表達,通過調(diào)節(jié)患者的免疫系統(tǒng)影響癌癥的發(fā)生和發(fā)展。腫瘤如何正確表達病毒miRNA仍在研究中,機制可能是產(chǎn)生的循環(huán)病毒miRNA被腫瘤吸收或病毒miRNA由腫瘤微環(huán)境中浸潤細胞所產(chǎn)生(如B淋巴細胞)。愛潑斯坦-巴爾病毒(EBV)miR-BART簇包含miRNAs miR-BART-2、-4、-5、-18和-22[43],多種惡性實體瘤細胞可以表達這種簇,包括CRC、頭頸鱗狀細胞癌和胃腺癌,EBV miR-BART簇陽性的實體瘤出現(xiàn)明顯的PD-L1和PD-1表達的上調(diào)。此外,EBV miR-BART簇的表達與抑制性免疫調(diào)節(jié)劑IFN-c、轉(zhuǎn)化生長因子-β1和IL-10的擴增分泌相關(guān),表明該類病毒miRNA主動抑制腫瘤內(nèi)的免疫應(yīng)答微環(huán)境。盡管EBV miRNA是如何引起相應(yīng)免疫檢查點分子過表達還不明確,但抑制其miRNA的表達可阻斷PD-1/PD-L1途徑來反轉(zhuǎn)抗癌的免疫應(yīng)答。因此,EBV miR-BART陽性的癌癥患者使用阻斷病毒誘導細胞因子產(chǎn)生與PD-1和PD-L1表達的治療劑可能受益。同樣,在膽道慢性炎癥患者中,促炎細胞因子包括TNF-α和IFN-γ的分泌增加,其除了增加細胞周期、膽汁於積和纖維化外,還能抑制miR-513與其他75種miRNA的表達[44],從而促進PD-L1的表達。此外,miR-513似乎在膽管細胞IFN-γ誘導損傷細胞中表達,但并未改變PD-L1 mRNA表達,結(jié)果表明慢性炎癥期間膽道細胞中PD-L1的表達是由IFN-γ表達升高和miR-513表達的抑制所引起的。由于慢性炎癥對膽管細胞的惡性轉(zhuǎn)化有重要作用,靶向患有膽管疾病患者的IFN-c/miR-513/PD-L1軸可以改善其預(yù)后。miRNA基因網(wǎng)絡(luò)在酒精性肝病患者中也有著重要作用,miR-570在肝細胞癌患者中常常下調(diào)。PD-L1是miR-570的直接靶標,因此在低miR-570表達的肝細胞癌細胞中過表達。此外,PD-L1的表達與肝細胞癌的進展和侵襲相關(guān),這些過程通過抑制PD-L1功能并可被miR-570逆轉(zhuǎn)[45]。

5 抗miRNA與免疫檢查點抑制劑的聯(lián)合治療

運用miRNA對免疫檢查點的調(diào)節(jié)治療主要有兩種途徑,其一使用miRNA模擬物恢復(fù)腫瘤微環(huán)境中下調(diào)的miRNA來靶向腫瘤細胞和T淋巴細胞表面免疫檢查點的mRNA分子[34]。miRNA模擬物分子是運用納米顆粒技術(shù)遞送雙鏈miRNA,其可用針對腫瘤特異性抗原的抗體包被,直接靶向腫瘤部位。其優(yōu)點可降低檢查點蛋白質(zhì)的表達,減小對免疫細胞下游的影響。由于同一miRNA可靶向多個檢查點,因此在同一腫瘤中可靶向多種類型的檢查點而作用于不同受體,如miR-138模擬物可有同時抗PD-1和CTLA-4的作用。

另一方法是使用抗miRNAs抗體靶向阻斷腫瘤區(qū)域中免疫檢查點的mRNA,包括惡性腫瘤細胞和腫瘤微環(huán)境細胞(如腫瘤相關(guān)巨噬細胞和各種類型免疫細胞)。用于此方法的大多數(shù)抗miRNAs是雙環(huán)RNA寡核苷酸鎖定核酸(LNA)抗miRNAs[46]。另一類抗miRNAs由Antagomir組成,以3′末端膽固醇結(jié)合為特征的抗miRNA分子以及2′末端硫代磷酸連接的O-Me寡核苷酸[47]。主要的優(yōu)點是減少抗miRNAs的劑量以及潛在的免疫檢查點抑制降低不良反應(yīng)。

6 小結(jié)與展望

癌癥基礎(chǔ)研究的重大進展,包括癌癥代謝、非編碼RNA轉(zhuǎn)錄的新型信號通路以及腫瘤微環(huán)境在惡性腫瘤發(fā)展中的作用,已經(jīng)徹底改變了過去對癌癥的認識。新的癌癥治療方法已經(jīng)轉(zhuǎn)向靶向和個體化治療,包括免疫調(diào)節(jié)治療、基于IFN和IL的治療、疫苗治療和免疫檢查點抑制劑的治療,這些方法在不斷探索中驗證,特別是免疫檢查點抑制劑的使用已取得了巨大成功。然而對免疫檢查點治療的潛在問題還需進一步研究。腫瘤在進展中會不斷突變并適應(yīng)其環(huán)境,且患者的免疫系統(tǒng)也會由于免疫治療而發(fā)生改變。各種因素可能影響癌癥患者的免疫應(yīng)答,從患者的遺傳背景到免疫調(diào)節(jié)途徑的輕微差異。同樣,免疫檢查點抑制劑對腫瘤的治療也受多個因素的影響。而miRNAs調(diào)控作用的發(fā)現(xiàn),其不僅在腫瘤微環(huán)境中而且在免疫應(yīng)答及調(diào)節(jié)過程有著非常重要的作用。因此,miRNA成為癌癥治療中調(diào)節(jié)免疫檢查點的理想分子,將會在減少免疫耐受與副反應(yīng)及免疫治療的更好療效方面取得突破。同時也可能揭示腫瘤中免疫調(diào)控機制的另一個新的方向。目前,新興靶向治療藥物的臨床試驗正在設(shè)計、進行或已經(jīng)完成。如今,腫瘤診斷和治療多樣性地不斷增加為更好地研究、預(yù)防和治療癌癥鋪平道路。

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