Nature | 抗癌疫苗通过诱导T细胞和NK细胞协同攻击肿瘤

原创 骄阳似我 图灵基因 2022-06-17 08:05 发表于江苏

收录于合集#前沿分子生物学机制

撰文：骄阳似我

IF：49.962

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亮点：

作者研发了一种癌症疫苗，它能诱导不同的T细胞和自然杀伤(NK)细胞群对于肿瘤细胞产生协调攻击。疫苗的原理是通过抑制MHCI抗原呈递过程中关键蛋白——MICA/B蛋白的水解脱落，增加肿瘤细胞表面MICA/B蛋白的密度，减少肿瘤免疫逃逸，增强树突状细胞对T细胞的肿瘤抗原的呈递，并增强NK细胞的细胞毒性功能，协调了NK细胞和CD4+T细胞针对肿瘤的联合攻击，实现了对肿瘤细胞的抑制。

大多数癌症疫苗是通过增强抗原呈递过程的效应实现对肿瘤细胞的杀伤，但是在抗原呈递的过程中，狡猾的肿瘤细胞会通过各种方法来干扰抗原呈递的过程，从而导致抗原无法及时呈递给T细胞，以此实现肿瘤细胞对T细胞的免疫逃逸。在我们的免疫系统中，不仅只有T细胞才能杀死癌细胞，自然杀伤（NK）细胞也有这个能力，而且是我们免疫系统的第一道防线，无需复杂的抗原呈递过程，比T细胞起效更快，但NK细胞的缺点是无特异性，即无法实现对肿瘤细胞的精准打击。

近期，哈佛大学著名的肿瘤免疫学家 Kai W. Wucherpfennig在Nature上发表了一篇名为“ A vaccine targeting resistant tumours by dual T cell plus NK cell attack”的文章，本文的研究团队开发了一种新型的癌症疫苗，这个疫苗一方面可以通过抑制抗原呈递过程中关键蛋白MICA/B蛋白的降解来增强呈递效应，减少免疫逃逸；另一方面，疫苗也可以增强NK细胞的杀伤作用，实现了T细胞和NK细胞对肿瘤细胞的联合打击，大大增强抗肿瘤效果。

作者首先为我们展示了疫苗的设计方案，疫苗是针对MICA/B中高度保守的α3结构域设计的，这是蛋白溶解脱落的位点，并被设计用于诱导T细胞和NK细胞的肿瘤免疫(图1a)。MICBα3结构域疫苗(MICB-vax)诱导了高滴度抗体，该抗体强烈标记了B16F10(MICB)肿瘤细胞，但不控制B16F10肿瘤细胞(图1b)。该疫苗还诱导了CD4+T细胞和CD8+T细胞对MICB的反应(图1c)。在体内，该疫苗将MICB的脱落抑制到无法检测到的水平，并显著增加了B16F10肿瘤上MICB的细胞表面密度(图1d)。该疫苗在控制表达MICB或MICA的皮下B16F10和EL4肿瘤方面显示出显著的疗效(图1e)。为了探究疫苗在肿瘤切除后的复发效应，作者在黑色素瘤模型和三阴乳腺癌模型中进行了验证，结果显示，肿瘤切除后，在疫苗的使用下，大大减少了两种模型术后1个月以上检测到的肺转移的数量(图1f，g)。为了充分评估疫苗的免疫原性，作者在猕猴中进行了实验，所有4只猕猴在免疫后都产生了抗MICA和抗MICB抗体，在随后的增强免疫后，滴度增加了100-1000倍(图1h、i）。图1.MICA/Bα3结构域癌症疫苗的疗效

作者为了研究疫苗效力的作用机制，在黑色素瘤小鼠模型中进行了对照实验，实验通过流式细胞术(FACS)和scRNA-seq来表征肿瘤浸润性免疫细胞的情况（图2a）。与MICB-vax免疫小鼠相比，多个效应淋巴细胞群强烈富集，与接受Ctrl-vax的小鼠相比，CD4+T细胞富集17.9倍，CD8+T细胞富集，NK细胞富集38.9倍(图2b-e)。此外，在MICB-vax免疫的小鼠中，CD4+和CD8+T细胞均表现出增强的功能，干扰素-γ(IFNγ)+、肿瘤坏死因子-α(TNFα)+和Ki67+细胞的比例更大(图2f，g)。单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析显示，所有对照组免疫浸润以髓细胞为主，而接受MICB-vax+强力霉素的实验组CD45+免疫细胞多为T细胞和NK细胞(图2h-l）。与对照组相比，实验组的这三个簇中的ilc1、Xcl1+NK细胞和细胞毒性NK细胞均富集，Xcl1+NK细胞与实验组的主要簇相对应(图2j，k)。这些数据表明，MICB-vax诱导了多种效应T细胞和NK细胞群有效地招募到处于高度激活状态的肿瘤中。图2.疫苗诱导T细胞和NK细胞招募到肿瘤中

为了研究疫苗在耐药性肿瘤中的免疫作用，作者在小鼠中进行了实验，结果表明，MICB-vax对B16F10(MICB)肿瘤有效，这些肿瘤的突变导致MHC-I(B2m-/-)、MHC-II(H2-Aa-/-)或IFNγ受体(Ifngr1-/-)表达缺失，50-75%的小鼠在第100天后仍无肿瘤(图3a、b)。细胞消耗实验表明，在用MICB-vax免疫的小鼠中，CD4+T细胞和NK细胞都需要有效控制B2m-/-肿瘤(图3c)。用MICB-vax免疫的小鼠中纯化的血清IgG能够在体外强抑制NK细胞介导的B2m-/-B16F10(MICB)肿瘤(图3d)。B2m-/-B16F10(MICB)和B16F10(MICB)肿瘤均显示，在使用MICB-vax免疫的小鼠中，NK细胞，包括IFNγ+和Ki67+细胞的积累显著增加。CD4+T细胞消耗导致肿瘤内NK细胞数量显著减少(图3e)。这些数据表明，MICB疫苗对耐药肿瘤(B2m-/-和Ifngr1-/-)的疗效是由NK细胞和CD4+T细胞介导的，并且CD4+T细胞在NK细胞招募到肿瘤中发挥了重要作用。图3.疫苗对MHC-I缺陷的肿瘤保持疗效。

作者研究了CD4+T细胞使NK细胞和其他效应群体被招募到肿瘤中的机制。作者观察到，在强力霉素诱导肿瘤细胞上表达MICB后48小时，MICB-vax免疫小鼠的tdln中迁移的cDC1和cDC2细胞数量显著增加(图4a)。CD4+T细胞消耗或CD40配体阻断可消除迁移性cDCs的增加(图4a，b)。同时，与对照组相比，MICB-vax免疫小鼠肿瘤中cDC1细胞数量也增加，但巨噬细胞数量没有差异(图4c)。在用MICB-vax免疫的小鼠中，CDC1消耗显著减少了肿瘤内NK细胞、CD8+T细胞和CD4+T细胞的数量(图4d)。因此，MICB-vax诱导cDC1通过CD4+T细胞依赖的机制迁移到tdln，而cDC1细胞需要在MICB-vax免疫的小鼠肿瘤中积累NK细胞和CD8+T细胞的积累。接下来，作者研究了疫苗诱导的抗MICB抗体是否能增强树突状细胞的功能。结果显示，与Ctrl-vax相比，添加来自MICB-vax免疫小鼠的纯化血清IgG显著增强了这些共培养物中CD8+T细胞的增殖(图4e)。图4.CD4+T细胞和cDC1细胞在NK细胞招募到肿瘤中的作用

本文的研究团队提出的疫苗设计使多种效应细胞群能够肿瘤免疫，包括不同的T细胞和NK细胞群。疫苗诱导的抗体抑制了肿瘤细胞的蛋白水解性MICA/B脱落，增强了NK细胞的细胞毒性功能，并增加了cdc1介导的肿瘤抗原对CD8+T细胞的交叉呈递，多种效应细胞群的免疫参与可以针对肿瘤的逃逸机制。

当前研究的局限性是，人类MICA/B蛋白是在在小鼠肿瘤细胞中表达的，关于疫苗更深入的研究还需要在癌症患者的临床实验中进行评估，作者的研究团队正在计划在人体中进行临床试验，关于疫苗在人体中的效果，让我们拭目以待。

教授介绍：

Kai W. Wucherpfennig

Kai W. Wucherpfennig，博士，哈佛大学教授，世界著名肿瘤免疫学科学家。他于1986年在德国哥廷根大学获得医学博士学位，并于1987年获得博士学位。目前是达纳法伯癌症研究所免疫学和病毒学主席，免疫治疗研究中心主任，主要从事肿瘤免疫学研究，重点是T细胞免疫学和T细胞在癌症免疫学中的作用，包括控制抗原呈递给T细胞，T细胞受体识别抗原以及激活和抑制信号传导的分子机制。

参考文献：

Badrinath, S., Dellacherie, M.O., Li, A. et al. A vaccine targeting resistant tumours by dual T cell plus NK cell attack. Nature (2022).