Sonermin

*仅供医学专业人士阅读参考众所周知，部分免疫细胞具有免疫记忆。因此，人体在遇到相同抗原刺激时，免疫系统可做出更快速和强烈的反应，这也是疫苗起效的主要机制[1]。不过，最近几年，我们对于免疫细胞记忆能力的认知，不断被刷新。4年前，匹兹堡大学和康奈尔大学的研究人员，在《科学》杂志上发表一篇研究论文，我至今记忆犹新[2]。这个研究首次发现，巨噬细胞等髓样先天免疫细胞，竟然也会形成抗原特异性的免疫记忆。我没想到的是，免疫记忆这种一直被认为是免疫细胞专属的能力，大脑里的一种非免疫细胞竟然也有。近日，由哈佛医学院Francisco J. Quintana领衔的研究团队，在《自然》杂志上发表一项重磅研究成果[3]。他们发现，中枢神经系统内的星形胶质细胞同样具有免疫记忆，而且这种免疫记忆能力受到表观遗传调控。具体来说，在受到炎症刺激后，星形胶质细胞内的一部分亚群将转变为表达组蛋白乙酰转移酶p300和ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）的亚群（p300+ ACLY+）。当再次受到炎症刺激时，ACLY可产生乙酰辅酶A，为组蛋白乙酰转移酶p300使组蛋白发生乙酰化提供底物，提高了炎症相关基因的染色质可及性，从而产生更快速和剧烈的炎症反应。研究人员同时通过实验证实，星形胶质细胞的这一免疫记忆很可能与中枢神经系统自身免疫性疾病，如多发性硬化症相关，且p300和ACLY基因的失活可以改善实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE，多发性硬化症的实验模型）小鼠的炎症反应，将来有可能针对ACLY-p300通路开发这类疾病的新疗法。论文首页截图前期已有研究表明，多发性硬化症和EAE与星形胶质细胞关系密切[4]。为了研究最初的炎症刺激是否会影响随后的星形胶质细胞反应，研究人员对两组小鼠分别脑室内注射IL-1β和TNF（两者可触发星形胶质细胞发生类似于在多发性硬化症和EAE中检测到的反应[5]）1次和2次（2次间隔1周），然后在IL-1β+TNF刺激后一天对两组小鼠脑部的星形胶质细胞进行RNA测序分析。研究结果显示，相比于1次注射IL-1β+TNF的小鼠，2次注射IL-1β+TNF小鼠脑组织中的星形胶质细胞呈现更强的促炎表型，NF-κB相关促炎通路被明显激活。同时，研究人员还通过染色体可及性测序（ATAC-seq）发现，第二次注射IL-1β+TNF后星形胶质细胞中炎症基因的染色质可及性增加，且这一现象与组蛋白乙酰转移酶p300介导的表观遗传调控相关。小鼠脑组织星形胶质细胞在第二次注射IL-1β+TNF时表现出比第一次时更强的促炎表型，并与组蛋白乙酰转移酶p300介导的表观遗传调控相关紧接着，研究人员在体外培养的小鼠脑原代星形胶质细胞中再次验证了这一点。相比于第一次受到刺激时，第二次受到IL-1β+TNF刺激的星形胶质细胞炎症相关基因表达活跃（IL6、CCL2和NOS2），并导致共培养的神经元死亡。此外，研究人员还发现，在首次IL-1β+TNF刺激后，星形胶质细胞的促炎表型在7天后恢复到基础水平。根据以上的研究结果，p300介导的表观遗传调控可能在星形胶质细胞对炎症刺激的免疫记忆中起到关键作用。为了验证这一点，研究人员使用CRISPR-Cas9技术沉默了小鼠星形胶质细胞中p300的表达，发现p300表达被沉默后，星形胶质细胞组蛋白3第27位赖氨酸（H3K27）的乙酰化及NF-κB相关促炎基因的转录受到抑制，从而减轻了星形胶质细胞的促炎反应。这一结果也在随后的染色质免疫共沉淀测序及体外原代星形胶质细胞实验中再次得到验证。p300表达被沉默后，H3K27乙酰化受到抑制，从而减轻了星形胶质细胞的促炎反应以上实验证实，p300介导的组蛋白乙酰化可通过表观遗传方式，调控星形胶质细胞的免疫记忆促炎反应，而p300使组蛋白乙酰化需要乙酰辅酶A作为底物[6]。用于组蛋白乙酰化的乙酰辅酶A主要由两种酶产生：ACLY和乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）[6, 7]。为了确定参与星形胶质细胞免疫记忆表观遗传调控的乙酰辅酶A的来源，研究人员测定了1次和2次IL-1β+TNF刺激后这两种酶的表达情况。结果显示，IL-1β+TNF的再次刺激仅使星形胶质细胞中ACLY的表达增加，而ACSS2表达无明显变化。紧接着，研究人员使用CRISPR-Cas9技术，分别沉默了星形胶质细胞中ACLY和ACSS2的表达，发现仅在ACLY被沉默后，H3K27乙酰化被抑制，星形胶质细胞的免疫记忆所致炎症反应减少。ACLY提供p300使组蛋白乙酰化需要的底物乙酰辅酶A，进而调控星形胶质细胞的免疫记忆接下来，研究人员在小鼠EAE模型中（由MOG诱导[8]）再次发现了星形胶质细胞中免疫记忆现象的存在，这种免疫记忆同样由ACLY和p300介导，前者提供底物乙酰辅酶A，后者使H3K27乙酰化，从而通过表观遗传方式调控再次炎症刺激时星形胶质细胞的炎症反应。研究人员还通过FIND-seq技术，对EAE小鼠和正常小鼠中ACLY-p300-、ACLY+p300-、ACLY-p300+和ACLY+p300+的星形胶质细胞亚群进行分析。实验分析表明，EAE小鼠中ACLY+p300+的星形胶质细胞亚群数量较正常小鼠增加，同时ACLY+p300+星形胶质细胞与先前实验中具有免疫记忆的星形胶质细胞的转录特征十分相似，而ACLY+p300-和ACLY-p300+亚群的转录特征，则是星形胶质细胞建立免疫记忆的一种过渡状态。最后，研究人员在培养的人胎儿星形胶质细胞中，验证了具有免疫记忆的星形胶质细胞是否与多发性硬化症的发病机制相关。在第二次受到IL-1β+TNF刺激后，人胎儿星形胶质细胞表现出增强的促炎反应，且这种增强的促炎反应可被p300抑制剂C646所拮抗。此外，17名多发性硬化症患者和12名正常对照人群的单细胞分析显示，多发性硬化症患者中ACLY+p300+星形胶质细胞亚群数目明显更多，且显示出与EAE小鼠ACLY+p300+星形胶质细胞相似的转录特征，表现出组蛋白乙酰化活跃和炎症相关基因表达增加。这些发现明确了ACLY和p300介导的表观遗传调控导致的星形胶质细胞免疫记忆在多发性硬化症发病机制中的潜在作用。具有免疫记忆的星形胶质细胞与多发性硬化症的发病机制相关总的来说，本研究发现了星形胶质细胞获得免疫记忆的表观遗传调控机制，其与ACLY和p300介导H3K27乙酰化密切相关，并可能与多发性硬化症等自身免疫性疾病的发病机制相关，具备成为潜在治疗靶点的临床价值。参考文献1.Wendeln AC, Degenhardt K, Kaurani L, Gertig M, Ulas T, Jain G, Wagner J, Hasler LM, Wild K, Skodras A et al: Innate immune memory in the brain shapes neurological disease hallmarks. Nature 2018, 556(7701):332-338.2.Dai H, Lan P, Zhao D, Abou-Daya K, Liu W, Chen W, Friday AJ, Williams AL, Sun T, Chen J et al: PIRs mediate innate myeloid cell memory to nonself MHC molecules. Science 2020, 368(6495):1122-1127.3.Lee HG, Rone JM, Li Z, Akl CF, Shin SW, Lee JH, Flausino LE, Pernin F, Chao CC, Kleemann KL et al: Disease-associated astrocyte epigenetic memory promotes CNS pathology. Nature 2024, 627(8005):865-872.4.Wheeler MA, Clark IC, Tjon EC, Li Z, Zandee SEJ, Couturier CP, Watson BR, Scalisi G, Alkwai S, Rothhammer V et al: MAFG-driven astrocytes promote CNS inflammation. Nature 2020, 578(7796):593-599.5.Rothhammer V, Borucki DM, Tjon EC, Takenaka MC, Chao CC, Ardura-Fabregat A, de Lima KA, Gutierrez-Vazquez C, Hewson P, Staszewski O et al: Microglial control of astrocytes in response to microbial metabolites. Nature 2018, 557(7707):724-728.6.Pietrocola F, Galluzzi L, Bravo-San Pedro JM, Madeo F, Kroemer G: Acetyl coenzyme A: a central metabolite and second messenger. Cell Metab 2015, 21(6):805-821.7.Wellen KE, Hatzivassiliou G, Sachdeva UM, Bui TV, Cross JR, Thompson CB: ATP-citrate lyase links cellular metabolism to histone acetylation. Science 2009, 324(5930):1076-1080.8.Chierzi S, Kacerovsky JB, Fok AHK, Lahaie S, Shibi Rosen A, Farmer WT, Murai KK: Astrocytes Transplanted during Early Postnatal Development Integrate, Mature, and Survive Long Term in Mouse Cortex. J Neurosci 2023, 43(9):1509-1529.责任编辑丨BioTalker

大会由扬州市人民政府主办，同写意专业策划，以“打造生物医药新质生产力”为主题，邀请众多行业领袖和先锋人物一起取势明道，就如何打造中国医药新质生产力，面向未来创新药如何立项，资本寒冬下的创新药BD与出海，GLP-1&小核酸药物以及抗体药的质量与生产四大主题展开深度研讨，为行业发展提供方向性指引。曲妥珠单抗（赫赛汀）已经获得FDA批准25年，其用于治疗过表达HER2（ERBB2）的乳腺癌患者。2019年，基因泰克前科学家H. Michael Shepard、加州大学洛杉矶分校的Dennis J. Slamon与德国马克普朗克研究所的Axel Ullrich因发明赫赛汀并应用于乳腺癌治疗获得拉斯克-德巴基临床医学研究奖。此外，他们还因此获得了多项表彰奖励，甚至成为几本书和电影的主题。然而，曲妥珠单抗为什么会如此受关注？从以下的这些“第一”中我们可以一探究竟。•　曲妥珠单抗是第一种被批准用于治疗实体瘤的单克隆抗体。•　首次证明酪氨酸激酶是有效的治疗靶点。•　首次证明癌蛋白的下调可以增强癌细胞对先天免疫系统杀伤的敏感性。•　开创了以生物标志物驱动从药物发现到批准的范式。•　引导制药公司研发管线从小分子进入抗体时代。•　创新的定价促进了孤儿药新药的开发。1起源曲妥珠单抗的故事始于氮芥衍生物卡莫司汀，卡莫司汀是一种烷基化剂，可杀死癌细胞，用于治疗胶质母细胞瘤。它可以使患者的1年生存率提高20%，但他们的生活质量并不好，因为抽搐频繁，而且经常被限制在医院。大约在1984年，基因泰克公司的H.Michael Shepard博士开始寻找一种在不伤害患者的情况下成功治疗癌症的方法。当时， Shepard负责基因泰克公司的TNF研究项目，该研究表明，大多数来源于已建立肿瘤的肿瘤细胞对TNF的杀伤具有耐药性。这一发现令基因泰克公司的许多人感到震惊，因为当时正在进行TNF治疗癌症的临床试验。TNF耐药性的这一广泛特性成为人们关注的焦点，因为如果能够逆转耐药性，将使恶性肿瘤细胞对先天免疫系统（主要是巨噬细胞）敏感。在确定了许多癌症的共同特性（TNF耐药性）后，研究的下一步是找到对TNF耐药性的统一原理。随后，Shepard把肿瘤细胞的TNF抗性与Sporn和Todaro提出的“自分泌生长假说”联系在了一起，即肿瘤自分泌和旁分泌生长因子以获得不受控生长能力。在实验中，Shepard发现如果将对TNF敏感的肿瘤细胞系与表皮生长因子和其他几种因子联合培养，则可以抑制TNF 95%以上的细胞毒性。这一系列结果使得Shepard认定活化的受体酪氨酸激酶可以作为抗癌药物的靶标。与此同时，Shepard当时在基因泰克的同事Axel Ullrich也通过和Dennis Slamon的合作，确认了HER2与乳腺癌的高度关联性。双方一拍即合，开始了HER2靶向抗体药物的开发。2发现抗体Shepard在基因泰克的同事Bryan Fendly创建了一个由100多个针对HER2细胞外结构域的单克隆抗体库，通过对其下调HER2-RTK的能力进行了筛选。多次重复研究，发现了4D5，一种对体内、体外肿瘤细胞生长都有抑制作用的抗体。4D5同时可以恢复HER2过表达肿瘤细胞对TNF的敏感性。更重要的是，Shepard和同事发现4D5仅在HER2过表达超过30倍的肿瘤细胞系中起作用。这也成为了未来赫赛汀适用性测试（如HecepTest）的理论基础。而4D5的人源化，依靠的则是另一位基因泰克科学家Paul Carter。Carter在Shepard的指导下发明了“6-pack mutagenesis技术”，并成功生成其后进入临床试验的HuMAb4D5抗体。团队成员决定为这个抗体起一个名字，为了体现这一药物的本质，其名字融合了HER2、拦截（intercept）和抑制剂（inhibitor）这三个英文单词，即Herceptin（赫赛汀）。3进入临床：让梦想成真经过Shepard与同事们的努力后，最终满足乳腺癌靶向治疗的三大关卡已属万事俱备，只欠东风：致癌基因——HER2靶点、启动该致癌基因的癌症——乳腺癌，相应的治疗药物——单克隆抗体，下面只要基因泰克公司投入研究经费，一场开创全球靶向治疗先河的药物即将呼之欲出。然而就在此时，这一极具前景的研目戛然而止。基因泰克担心研发失败，决定撤回大部分癌症研发费用，在此期间Ullrich也离开了基因泰克，仅留下Shepard和Slamon孤军奋战。幸运的是，基因泰克副总裁William Young由于其母亲确认乳腺癌，在其大力推动之下，挽救HER2项目于危局之中。由Young的预算资助，启动了一项令人惊叹的临床实验，目的是证明放射性标记的4D5抗体可以在HER2过表达的患者乳腺和卵巢肿瘤中积累。基因泰克的一个团队将抗体带到加州大学洛杉矶分校，在地下室进行放射性标记，Slamon的一位同事Richard Pietras将其给患者服用。尽管从未发表过，但数据显示HER2+肿瘤中有明显的积聚，而其他组织中没有。赫赛汀的第一次临床实验却并不顺利，很多患者的疗效不理想，参与的37人中只有5人完成了6个月的实验。然而其中的一位患者Barbara Bradfield却获得了很好的疗效。消息不胫而走，大量无药可治的乳腺癌患者也纷纷表示自愿参加临床试验。在各方的努力下，基因泰克终于在1995年发起了三个独立的三期临床试验，而最为有名的则是“648”试验。在1998年发布的试验结果中，赫赛汀令一半患者的肿瘤缩小了，而在对照组，只有1/3的患者肿瘤缩小。乳腺癌的病程进展则被延迟了四到七个半月。4希望的诞生1994年12月，距离曲妥珠单抗获批还有四年，基因泰克的园区里发生了一场示威活动。癌症患者的群体，包括Susan Komen for the Cure、ACT UP、Project Inform和breast Cancer Action的成员，来到基因泰克，大喊、按喇叭、躺在街上、敲打基因泰克的玻璃门。他们举着标语牌，上面写着 “我想活下去！”，并恳求获得这种尚未批准的药物。没有人知道如何应对这种前所未有的呼救声。基因泰克时任首席执行官Arthur Levinson召集抗议者代表开会，制定了一项扩大准入计划。最终，就在赫赛汀批准的前几天，癌症活动人士计划在华盛顿特区举行一场大型集会，要求FDA批准该药物，集会更像是一场胜利庆祝活动。1998年9月，美国FDA正式批准了赫赛汀上市。目前，已有230多万名癌症患者接受了曲妥珠单抗治疗，其中许多患者具有持久的疗效。于是，一个新的希望诞生了。参考文献：1.Trastuzumab: dreams, desperation and hope. Nat Rev Cancer.2024 Mar 15.更多优质内容，欢迎关注↓↓↓