細胞治療新知

 

癌細胞是由正常細胞變異而成,比正常細胞更有進化的優勢,比如持續的繁殖,擅長適應新的環境。面對癌細胞這個異類,人體的免疫系統會成為天然的保衛戰士,幫助我們清除癌細胞,達成免疫平衡。但當免疫系統功能下降,平衡被破壞,癌症就隨之而來。因此,癌細胞的一生是和免疫系統鬥爭的一生,你強我弱,你弱我強,勝者為王,敗者為寇
據中國國家癌症中心公佈的資料顯示,近年來,中國每年新增癌症患者近400萬,平均每天有1萬以上的人被確診癌症,每分鐘有7.5個人。而為了攻克癌症,除了傳統的放化療和靶向治療,近幾年的癌症免疫療法取得了長足進步,“PD-1抗體”、“CAR-T細胞”、“溶瘤病毒”等以調節免疫系統為主的療法創造了無數奇跡。但如何精准有效的把癌細胞清除殺滅,這依舊是每位患癌病人最夢寐以求的一件事,也是研發人員和臨床醫生目前努力的方向之一。值得關注的是,從今年6月以來,在這100多天的時間裡,各國科學家們已經陸續發表或研發了諸多種消滅癌細胞的新方法和新手段,話不多說,直接上重點
1.
免疫毒素一分為二,精准狙殺癌細胞

9月,在PNAS期刊上來自俄亥俄州立大學等機構的科學家們通過研究發現了[1]將免疫毒素分為無活性和良性兩部分然後分別傳遞至癌細胞這一策略,能有效消滅癌細胞,還能保護健康非癌變的細胞不受影響,這一策略有望為未來開發治療癌症的靶向性療法奠定一定的基礎。

免疫毒素能將免疫物質與毒素相結合,免疫物質能吸附癌細胞,從而促進毒素進入到癌細胞中並狙殺癌細胞,同時還不會損傷附近的健康細胞。而分裂免疫毒素的關鍵在於只有癌細胞能接受分裂毒素的兩部分。研究者們先發現了能在實驗室的細胞培養液和小鼠體內的癌細胞中重建這種功能性的毒素。同時,研究者們證實了,當分裂後,毒素的分裂部分並不會損傷健康細胞,但當其重新組合成為原始的毒素時就能狙殺癌細胞
截止到目前為止,研究者們實現的是,將分裂的免疫毒素的一部分運輸到癌細胞後重建具有完整功能的毒素,但另一部分的特異性運輸還有待於進一步研究實現。如果生物化學家能找到一種方法將毒素蛋白的兩部分都運輸到癌細胞中,那麼毒素的這兩部分或許都有望消滅癌細胞。若這一策略可以實現,其可以大幅度增加可治療的人類癌症的範圍,同時增加靶向的選擇性和安全性。

  1. 靶向中心粒殺滅乳腺癌細胞

9月,Nature期刊上報導了來自約翰霍普金斯大學醫學院等機構的科學家們發表的論文[2],經過研究發現,通過選擇性攻擊中心粒可以殺滅不斷繁殖的人類乳腺癌細胞。雖然目前僅在實驗室培養和患者機體自身衍生的細胞中進行了研究,但未來或有望幫助研究人員開發新型的一類中心粒功能抑制劑,從而殺滅一部分患者機體的乳腺癌細胞,而且不會損傷機體其它健康的細胞。

中心粒扮演著中心體結構核心的角色,當細胞分裂時中心體能夠組裝賦予細胞形狀並幫助分裂DNA的蛋白的薄壁管。研究人員發現,一類人類乳腺癌細胞系,其依賴於中心粒來進行分裂和生存。且中心粒依賴性的乳腺癌細胞攜帶有一部分特殊的基因組,這段基因組會被異常地複製數次,並且這種能高水準編碼名為TRIM37蛋白質的特殊基因組能控制中心體。隨後,研究者使用了一種名為PLK4抑制劑的藥物,該抑制劑能干擾製造中心粒的蛋白。結果證實了猜想,使用PLK4抑制劑後,乳腺癌細胞無法再繼續分裂,且大部分細胞停止了生長或者發生了死亡,同時也會使得健康細胞相對不受傷害。後期,研究們也將繼續探究對PLK4抑制劑較為敏感的其它人類癌細胞系。

  1. 靶向細胞代謝,消除耐藥性癌細胞

利用化療能夠有效治療諸如白血病等血液癌症,然而耐藥性癌細胞往往會躲避最原始的藥物治療策略從而促進癌症復發。9月,在Cell Metabolism上的研究報告中,來自哈佛大學等機構的科學家們[3]過研究識別出了耐藥性癌細胞的獨特特徵,這些耐藥性癌細胞會通過利用營養物質發生代謝過程的短暫改變,相關研究結果或能幫助研究人員開發新方法來靶向作用癌細胞的代謝通路從而有效消滅耐藥性癌細胞

我們通常認為耐藥性與永久性的遺傳改變有關,但研究者發現,化療後的癌細胞會經歷短暫的細胞代謝的改變,尤其是會改變利用氨基酸—穀氨醯胺的方式,並將其幾乎完全用於促進核苷酸產生的過程中去。研究者指出,若在這短暫的時間內靶向癌細胞的代謝過程,癌細胞就會變得非常脆弱。因此,研究者嘗試了靶向作用癌細胞穀氨醯胺代謝或核苷酸產生,發現耐藥性癌細胞被消除,患者的疾病症狀得到改善。若可以靶向作用癌細胞代謝改變的確切時刻,將其與化療結合,不僅可以攻克耐藥性癌細胞,或將解決化療所產生的一系列毒性問題。

  1. 理想新靶標TREM2,可完全消除腫瘤

8月,華盛頓大學醫學院Marco Colonna團隊在Cell期刊上線上發表題為“TREM2 Modulation Remodels the Tumor Myeloid Landscape Enhancing Anti-PD-1 Immunotherapy”的研究論文[4],該研究發現TREM2-/-小鼠比野生型(WT)小鼠對各種癌症的生長具有更強的抵抗力,且對抗PD-1免疫療法的反應更加敏感。

TREM2是Ig超家族的骨髓受體,在阿爾茨海默病期間傳遞細胞內信號。同時,腫瘤浸潤巨噬細胞也表達TREM2,它可以結合脂質並通過DAP12傳遞細胞內信號。在小鼠腫瘤模型中,研究們發現TREM2缺陷會影響髓系和淋巴系腫瘤浸潤,導致巨噬細胞浸潤的複雜重塑,促進T細胞和NK細胞的富集和活化。此外,研究還發現mAb介導的對TREM2的調節促進了腫瘤內骨髓間室的重塑,促進了保護性T細胞反應,增強了抗PD -1的免疫治療。TREM2在腫瘤內部高水準表達而不是在腫瘤外部,對外周組織幾乎沒有影響,這意味著,通過抗TREM2 mAb重塑與腫瘤相關的巨噬細胞是補充檢查點免疫療法的有希望的途徑

  1. 靶向脂肪酸,協助殺滅癌細胞

近日,在期刊Developmental Cell[5]研究報告中,來自華盛頓州立大學等機構的科學家們通過研究發現,一種名為雙高-γ-亞麻酸(DGLA)的脂肪酸或能幫助殺滅人類癌細胞。研究者表示,DGLA能在動物模型和現實的癌細胞中誘導鐵死亡過程(ferroptosis),而鐵死亡是近些年來研究人員發現的一種鐵離子依賴性的細胞死亡類型,其與多種疾病的發生有關。

研究人員利用秀麗隱杆線蟲作為動物模型,給線蟲餵食富含DGLA的細菌會殺滅線蟲體內所有的生殖細胞以及能產生生殖細胞的幹細胞,而細胞死亡的方式往往會攜帶有多種鐵死亡的跡象,且線上蟲研究中所觀察到的很多機制都與哺乳動物系統中細胞鐵死亡的標誌相一致,其中就包括氧化還原鐵離子的存在以及細胞無法修復氧化的脂質。研究者發現,DGLA同樣能夠誘導人類癌細胞發生鐵死亡,而且當DGLA與另外一種名為醚酯的脂肪酸發生相互作用時能幫助癌細胞產生一種抵禦DGLA的保護性效應,當移除醚酯後,在DGLA存在的情況下,機體細胞死亡的速度加快。這一研究結果或有望幫助研究人員開發新型抗癌療法。

  1. 靶向AKT型癌細胞的致命糖

和體內任何細胞一樣,癌細胞也需要葡萄糖來為細胞的增殖和生長提供養料,特別是癌細胞代謝葡萄糖的速度比正常細胞要快得多。南加州大學維特比化學工程和材料科學系的研究人員就發現了AKT型癌細胞的弱點[6]無法靈活利用不同類型的糖。當癌細胞接觸到半乳糖時,癌細胞會因無法適應而死亡

研究人員發現,致癌基因不僅具有誘導細胞癌變的作用,還可能影響癌細胞對糖類的代謝方式。擁有致癌基因AKT的癌細胞無法代謝半乳糖,因此,當它們的生活環境僅有半乳糖時,就會逐漸消亡。值得一提的是,研究人員還發現在半乳糖中生存了大約15天后,部分癌細胞開始重新生長,可能是由於某些亞群的細胞通過自我適應和重新程式設計對半乳糖產生了抗性。此外,研究團隊還發現半乳糖對具有MYC基因突變的癌細胞不起作用。雖然這一發現並不意味著半乳糖可以有效治療AKT型癌細胞,但它確實揭示了部分癌細胞的一個重要缺陷,提供了一種新的治療思路。

  1. 靶向FTO蛋白,有效殺滅其它療法無法殺滅的癌細胞

6月下旬,一篇發表在Cancer Cell上的研究報告中[7],來自美國希望之城國家醫療中心等機構的科學家們開發了兩種潛在的小分子抑制劑(CS1和CS2)靶向FTO蛋白,其或能有效抑制多種癌症中腫瘤細胞的生長,甚至在其它療法無法發揮作用時依然能發揮作用。同時,研究者還通過研究揭示了癌症幹細胞不斷補充的機制以及癌細胞如何躲避宿主機體免疫系統的監視,強調了如何利用潛在的抑制劑來靶向作用FTO,從而使其成為治療多種癌症的新型療法。

FTO蛋白在癌症發生和進展上扮演著關鍵角色,能促進癌細胞的生長、自我更新、轉移和免疫逃逸。研究結果表明,利用相對較低劑量的CS1和CS2(隔日10次,5mg/k g/天)進行治療或能加倍急性髓性白血病(AML)小鼠模型的中位元總生存期。且FTO抑制劑療法與其它療法相結合或能改善癌症患者的治療結局,因為這種方法能夠根除癌症幹細胞和抑制宿主機體免疫系統的機制。CS1和CS2能夠抑制FTO連接靶向信使RNAs,包括致癌基因MYC和CEBPA,以及免疫檢查點基因LILRB4。相比此前已報導的FTO抑制劑而言,研究者所開發的CS1和CS2在殺滅AML細胞的效力是前者的至少10倍。目前,研究人員正在深入優化CS1和CS2,從而開發改進版的FTO抑制劑化合物,使其更加有效的發揮治療作用並降低其所產生的副作用。

  1. CDK抑制劑CR8作為分子膠水降解劑可殺死癌細胞


6月,在Nature期刊上美國布羅德研究所和瑞士巴塞爾弗裡德里希-蜜雪兒生物醫學研究所的科學家們發現了一種新型分子膠水降解劑——細胞週期蛋白依賴激酶CDK抑制劑CR8[8]。通過剖析CR8的分子作用機制,研究人員闡述了與CDK結合的CR8誘導CDK12/cyclin K與CUL4/DDB1直接形成複合物,從而繞過對底物受體DCAFs的要求,使cyclin K發生泛素化並通過蛋白酶體系統降解。

分子膠水是一類能夠介導蛋白質-蛋白質相互作用的小分子化合物,當其中一個蛋白質分子為泛素連接酶時,分子膠水可以引起另外一個蛋白質發生泛素修飾,並通過蛋白酶體途徑發生降解。與傳統意義上的小分子抑制劑不同,分子膠水是一種能夠使傳統藥理學方法難以治療的靶點失活的新策略。研究者們進一步通過對蛋白-小分子-蛋白複合物的結構進行解析和對小分子化合物的結構改性,發現在對小分子抑制劑的表面暴露部分進行結構改性時,可以使其產生功能獲得性的膠水特性。這一策略具有廣泛適用性,借鑒這個策略可將很多與蛋白質結合的小分子轉化為分子膠水。因此,修飾結合靶標的小分子的表面暴露區域是一種合理的策略,可用于開發特定蛋白質靶標的分子膠水降解劑

其實在這近百天內,遠不止上述提到的幾種殺滅腫瘤細胞的方法。例如由Ilovitsh大學生物醫學工程系的Tel Aviv博士領導的研究小組還開發了將基因傳遞到乳腺癌細胞中的非侵入性技術平臺,通過低頻超聲波可以破壞80%腫瘤細胞[9];來自南卡羅萊納醫科大學霍林斯癌症中心的科學家開發了一種新的流式細胞技術,可以首次量化T細胞中蛋白質的產生, 並瞭解T細胞是如何在腫瘤微環境中被抑制的,然後相應開發干預措施來恢復T細胞的蛋白質生產和控制腫瘤生長的能力[10]

儘管目前研究人員和臨床腫瘤專家對於免疫療法的治療效果抱有很大的希望,但現在免疫療法僅僅能惠及一小部分患者,並且不是所有類型的癌症都適用。小編以為,不管黑貓白貓,能捉到老鼠的就是好貓。無論是靶向特定的蛋白,或是靶向癌細胞的代謝、細胞分裂、脂肪酸等,能在最終的臨床應用中顯示出理想的腫瘤清除率和療效才是我們的主要焦點。儘管上述發表的相關研究還處於萌芽期,但不積矽步,無以至千里。相信在越來越多的新方法和策略的陸續發現和開發下,患者們可以擁有更多的選擇。

參考文獻:1. Vedud Purde, Elena Kudryashova, David B. Heisler, et al. Intein-mediated cytoplasmic reconstitution of a split toxin enables selective cell ablation in mixed populations and tumor xenografts, PNAS (2020) doi:10.1073/pnas.2006603117.2. Yeow, Z.Y., Lambrus, B.G., Marlow, R. et al. Targeting TRIM37-driven centrosome dysfunction in 17q23-amplified breast cancer. Nature (2020). doi:10.1038/s41586-020-2690-1。3. Nick van Gastel, Jessica B. Spinelli, Azeem Sharda, et al. Induction of a Timed Metabolic Collapse to Overcome Cancer Chemoresistance, Cell Metabolism (2020). DOI:10.1016/j.cmet.2020.07.0094. Martina Molgora, Ekaterina Esaulova, William Vermi, et al. TREM2 Modulation Remodels the Tumor Myeloid Landscape Enhancing Anti-PD-1 Immunotherapy, Cell (2020) doi:10.1016/j.cell.2020.07.013.5. Marcos A. Perez, Leslie Magtanong, Scott J. Dixon, et al. Dietary Lipids Induce Ferroptosis in Caenorhabditis elegans and Human Cancer Cells, Developmental Cell (2020). DOI:10.1016/j.devcel.2020.06.019.6. Dongqing Zheng et al. AKT but not MYC promotes reactive oxygen species-mediated cell death in oxidative culture. Journal of Cell Science (2020). DOI: 10.1242/jcs.239277.7. Rui Su,Lei Dong,Yangchan Li, et al. Targeting FTO Suppresses Cancer Stem Cell Maintenance and Immune Evasion, Cancer Cell (2020). DOI: 10.1016/j.ccell.2020.04.017.8. Mikotaj Stabicki et al. The CDK inhibitor CR8 acts as a molecular glue degrader that depletes cyclin K. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2374-x.9. Tali Ilovitsh et al, Low-frequency ultrasound-mediated cytokine transfection enhances T cell recruitment at local and distant tumor sites, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.1914906117.10. Katie E. Hurst et al, Remodeling Translation Primes CD8+ T-cell Antitumor Immunity, Cancer Immunology Research (2020). DOI:10.1158/2326-6066.CIR-19-0516.