01IL-12 结构概述 IL-12家族IL-12家族包括IL-12、IL-23、IL-27和IL-35等细胞因子,各成员结构和功能不同,但共同影响免疫平衡和疾病发展。图1 IL-12家族在免疫反应中的作用IL-12/IL-12R结构和分子生物学特征IL-12是由p35和p40亚基组成的异二聚体。p35(35kDa)编码在3号染色体上,p40单体(40kDa)的基因位于5号染色体上,二者共表达生成具有生物活性p70异二聚体。图2 IL-12家族的细胞因子和同源受体的结构示意图IL-12的受体由IL-12Rβ1和IL-12Rβ2构成。IL-12Rβ1编码于19号染色体上,分子量为100kDa,是一种跨膜蛋白,细胞外结构域由516个氨基酸组成,负责与IL-12p40相互作用。IL-12Rβ2基因位于1号染色体上,被翻译成130kDa的跨膜蛋白,其中595个氨基酸形成细胞外结构域,它与IL-12p35相互作用。IL-12/IL-12R的结合IL-12主要表达于NK细胞和T细胞表面,IL-12主要由淋巴细胞、巨噬细胞和树突状细胞表达。二者结合能激活下游信号通路,促进Th1细胞分化和CTL活性,增强NK细胞和NKT细胞功能,激活B细胞,在免疫反应中起重要作用。同时,可调节肿瘤微环境,抑制免疫抑制细胞的增殖。图3 IL-12的细胞来源、靶细胞、信号传导和下游效应02IL-12的表达调控IL-12的产生IL-12主要由抗原呈递细胞在抗原刺激下合成,其产生受TNF-α、IL-1β和IFN-γ等多种免疫信号调控,形成正反馈回路,促进IL-12合成,启动适应性免疫。IL-12的信号转导IL-12相关信号通路包括TLR、CLR、JAK-STAT和PI3K/Akt等。①TLR识别病原体相关分子模式后激活MyD88依赖和TRIF依赖途径,促进IL-12产生;②CLR识别病原体糖结构,激活下游信号增强IL-12基因转录;③JAK-STAT途径在IL-12与受体结合后被激活,促进Th1细胞分化和IFN-γ产生,形成正反馈;④PI3K/Akt途径对IL-12产生起双重调节作用,平衡炎症反应。图4 IL-12生成相关信号转导途径图IL-12的转录和翻译IL-12的产生在转录和翻译水平受到多种因素调控。①转录时,TLR和CLR激活相关信号通路,使NF-κB、AP-1和STATs等转录因子结合到IL-12启动子上促进转录,p300/CBP等共转录因子通过表观遗传修饰增强转录效率;②翻译时,RNA结合蛋白和翻译起始因子等调控IL-12的mRNA稳定性和翻译效率,mTOR和MAPK等信号通路将细胞外刺激与翻译效率联系起来。IL-12的分泌IL-12的分泌是一个多步骤过程,其合成的亚基在细胞内经内质网、高尔基体和早期内体运输和修饰,最终通过囊泡分泌到细胞外,该过程受多种细胞因子和细胞间相互作用的调控。图5 IL-12 的分泌和细胞学功能IL-12的调控IL-12的合成和活性受多种正负调控因子调节。①负调控因子抑制其产生或功能,通过抑制IL-12产生、阻断信号传导或竞争结合共刺激分子等方式发挥作用;②正调控因子通过激活相关信号通路、促进转录或增强细胞间相互作用等促进IL-12产生和免疫反应。表1 IL-12负调节因子及其作用机制表2 IL-12正调节因子及其作用机制03IL-12的病理学功能及免疫治疗IL-12能激活免疫细胞IL-12对Th1细胞、NK细胞、巨噬细胞和细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)均有重要调节作用。可促进Th1细胞分化和增殖、增强NK细胞活性和细胞毒性、提高巨噬细胞的吞噬和杀菌能力、激活和增强CTLs的功能并促进其记忆形成,在免疫调节中发挥核心作用。可促进IFN-γ、颗粒酶和穿孔素的分泌,诱导癌细胞凋亡,控制肿瘤生长。此外,IL-12还能增强抗原呈递,促进M1巨噬细胞极化,吸引效应免疫细胞,增强抗肿瘤免疫反应。图6 IL-12的生理起源及其对下游细胞的影响总结IL-12能调节肿瘤微环境IL-12通过抑制Treg细胞的增殖和功能,减少免疫抑制,改变肿瘤微环境。此外,IL-12还能下调CD8+T细胞上的PD-1和IFNγR2表达,保护肿瘤浸润的CD8+T细胞免受IFN-γ诱导的细胞死亡,增强抗肿瘤免疫。图7 IL-12的抗肿瘤机制IL-12免疫治疗的相关副作用IL-12治疗存在剂量限制性毒性,可引发血液学毒性、肝毒性、流感样症状等多种免疫相关不良事件(irAE)。图8 IL-12相关irAEIL-12免疫治疗的改进策略通过修饰表达IL-12的载体、开发新型递送策略,局部持续递送IL-12,包括增强其在肿瘤微环境中的时空分布、诱导全身抗肿瘤免疫、降低全身毒性、逆转肿瘤免疫抑制以及减少T细胞负调控等,提高IL-12的抗肿瘤疗效,降低副作用,为IL-12的临床应用带来新希望。图9 通过不同策略传递IL-12的抗肿瘤活性04IL-12的药物开发及递送策略利用蛋白质工程开发IL-12新型药物图10 增强IL-12免疫疗法的蛋白质工程方法通过蛋白质工程改造IL-12并开发新型药物,可降低毒性、提高对TME的特异性。如免疫细胞因子(如NHS-IL12、huBC1-IL12)将IL-12与靶向TME抗原的抗体融合,在动物模型有一定效果,但人体试验结果不佳;将IL-12与IgG的Fc片段融合可延长半衰期,增强疗效;将IL-12与肿瘤蛋白酶可裂解的肽连接子融合,能降低全身毒性。表3 用于癌症治疗的改良IL-12细胞递送将IL-12整合到过继细胞疗法(ACT)中,如基因修饰TCR-T细胞或CAR-T细胞表达IL-12、使用IL-12-mRNA转染T细胞、将IL-12构建体锚定在CAR-T细胞膜上,可提高ACT在实体瘤中的疗效,但仍需解决肿瘤抗原选择、毒性等问题。图11 IL-12通过NFAT诱导启动子整合到CART细胞基因组中树突状细胞、间充质基质细胞、成纤维细胞等多种细胞也可作为载体表达IL-12用于癌症治疗。在临床前和临床试验中,这些细胞载体展现出一定的可行性和安全性,但也存在一些局限性。表4 用于癌症治疗的基于细胞的IL-12递送-树突状细胞表5 用于癌症治疗的基于细胞的IL-12递送-T细胞表6 用于癌症治疗的基于细胞的IL-12递送-间充质基质细胞表7 用于癌症治疗的基于细胞的IL-12递送-其他细胞病毒递送图12 表达IL-12的溶瘤病毒(OVs)作用于多个系统以发挥抗肿瘤活性多种病毒如单纯疱疹病毒、腺病毒、痘苗病毒等被用作载体将IL-12直接递送至TME,诱导肿瘤细胞裂解并激活免疫反应。在多种动物模型和人体试验中显示出良好的抗肿瘤疗效,但也存在免疫毒性、随机整合到宿主基因组等问题。使用可调控IL-12表达的系统(如RTS)可降低毒性,且与免疫检查点抑制剂等联合治疗可进一步增强疗效。表8 用于癌症治疗的IL-12病毒载体——单纯疱疹病毒表9 用于癌症治疗的IL-12病毒载体——腺病毒或腺相关病毒表10 用于癌症治疗的IL-12病毒载体——牛痘病毒或改良牛痘病毒表11 用于癌症治疗的IL-12病毒载体——其他病毒非病毒递送包括基于聚合物纳米颗粒和脂质纳米颗粒的化学递送系统,以及外泌体等生物衍生递送载体。它们具有低免疫原性等优势,在临床前研究中对多种癌症有效,部分已进入临床试验阶段。表12 基于化学的输送系统表13 生物衍生递送系统核酸递送包括裸质粒、电穿孔介导的基因递送、DNA复合物和mRNA递送等方式。在多种肿瘤模型和临床试验中取得了一定的疗效,能诱导肿瘤消退和免疫反应,但存在转染率不稳定、基因产物表达难以调控、潜在免疫反应和DNA整合风险等局限。05IL-12的联合治疗方案图13 IL-12联合其他疗法的总结IL-12联合传统治疗方法①联合化疗:化疗抑制肿瘤生长但有副作用且易耐药。IL-12与化疗药物联合,如IL-12/PTX@TSNP、IL-12与长春新碱(VB)、奥沙利铂(OXP)等,在动物模型中显著抑制肿瘤生长、转移,延长生存期,部分进入临床试验阶段,但仍需更多研究验证其临床安全性和有效性。②联合放疗:放疗可抑制肿瘤细胞生长,但存在副作用。IL-12与放疗联合在动物模型中能显著抑制肿瘤生长,诱导肿瘤消退,提高生存率,目前多项临床试验正在进行,但大多处于I期。③联合手术:手术是早期实体瘤的主要治疗方式,但难以防止复发转移。术前局部注射IL-12可降低复发率,在动物模型和部分临床试验中取得了一定效果,但相关临床数据较少。表14 IL-12联合化疗、放疗和靶向治疗的临床试验IL-12联合免疫治疗①联合免疫检查点抑制剂:免疫检查点抑制剂可增强抗肿瘤免疫。IL-12与抗PD-L1抗体(如阿维鲁单抗、度伐利尤单抗等)或抗CTLA-4抗体联合,在多种肿瘤模型和临床试验中显示出强大的抗肿瘤效果,能增强免疫细胞浸润,提高患者生存率。②联合其他细胞因子:IL-12与IL-7、IL-18、IL-2等细胞因子联合,在动物模型和体外实验中,增强了机体免疫反应,激活了肿瘤免疫,提高了NK细胞和T细胞的功能,部分临床试验也在进行中。表15 IL-12联合免疫治疗的临床试验IL-12联合靶向治疗①靶向VEGF/VEGFR2:VEGF/VEGFR2信号通路对肿瘤血管生成至关重要。IL-12与抗血管生成药物联合,如ABRaA-VEGF121、血管抑素(Angio),可抑制肿瘤血管生长,改善肿瘤微环境,增强抗肿瘤免疫反应。②靶向EGFR/HER2:EGFR和HER2是肿瘤治疗的重要靶点。IL-12分别与西妥昔单抗、曲妥珠单抗联合,在头颈部鳞状细胞癌和乳腺癌等模型中,增强了NK细胞介导的肿瘤细胞杀伤作用,部分临床试验也证实了联合治疗的安全性和有效性。表16 IL-12联合其他的临床试验06IL-12在不同疾病及疾病模型中的作用炎症性肠病IL-12参与参与克罗恩病和溃疡性结肠炎的发病机制。早期研究显示阻断IL-12可缓解炎症,后来发现IL-12和IL-23在疾病不同阶段发挥作用,二者相互关联。靶向IL-12和IL-23的治疗策略在临床试验中显示出疗效。多发性硬化症早期研究认为IL-12是多发性硬化症的关键促炎细胞因子,患者血清中IL-12水平升高,且相关基因多态性与疾病有关。但后续研究表明IL-23也有重要作用。不过,针对IL-12/23的临床试验未取得预期效果。银屑病过去认为银屑病是Th1细胞介导的疾病,患者皮损处IFN-γ和IL-12水平升高,且IL-12相关基因多态性与疾病易感性有关。在实验模型中,抗IL-12/IL-23p40单克隆抗体可改善症状,但IL-12在角质形成细胞中的作用存在争议。从临床治疗来看,Th17细胞在银屑病发病机制中似乎比IL-12驱动的Th1细胞更重要。糖尿病IL-12在1型糖尿病(T1D)和2型糖尿病(T2D)的发病机制中均有涉及。在T1D中,IL-12可促进疾病发展,但IFN-γ的作用较为复杂,且Th17细胞与Th1细胞协作也参与发病。在T2D中,IL-12与多种细胞因子和microRNA的失调有关,抑制IL-12可改善相关症状。目前,针对IL-12的治疗策略正在T1D治疗中进行研究。系统性红斑狼疮系统性红斑狼疮患者体内IL-12水平升高,且相关基因多态性与疾病有关。乌司奴单抗在治疗SLE的临床试验中显示出一定疗效,可能是改善SLE治疗的一种选择。干燥综合征在多种小鼠模型中,IL-12过表达会导致类似干燥综合征的症状,患者体内IL-12水平及相关基因多态性与疾病有关。间充质干细胞移植可下调IL-12的产生,改善症状,表明IL-12可能是潜在的治疗靶点。类风湿关节炎在胶原诱导的关节炎小鼠模型中,IL-12的作用存在争议,早期研究认为其促进疾病发展,后来发现IL-12在疾病不同阶段可能发挥不同作用。IL-12B基因多态性与类风湿关节炎的发病机制有关,且患者滑膜和血清中IL-12水平较高。一些治疗类风湿关节炎的药物机制与IL-12相关,但目前尚未有专门针对IL-12的治疗策略,因其在类风湿关节炎中的作用似乎并非至关重要。图14 自身免疫性疾病中IL-12家族成员的可能可互换机制表17 自身免疫性疾病中IL-12家族细胞因子的变化原发性胆汁性胆管炎IL-12在原发性胆汁性胆管炎的发病机制中起重要作用。实验模型中,删除IL-12p35或p40可减轻肝脏炎症和胆管损伤,且患者存在与IL-12相关的基因多态性。乌司奴单抗治疗PBC患者虽未达到主要终点,但显示出了一定的药效学效应。癌症IL-12具有激活先天和适应性免疫细胞的能力,可通过多种机制发挥抗肿瘤作用,但全身使用IL-12会产生毒性。因此研究人员开发了多种靶向运输策略来降低毒性,提高疗效。此外,IL-12作为肿瘤治疗佐剂与其他物质联合使用,在临床前研究中显示出良好前景。表18 IL-12在临床试验中的研究进展抗体发现服务 & 产品01羊驼免疫&骆驼免疫—自建现代化养殖农场02万亿级天然抗体库产品—轻松DIY科研抗体03配套产品—助您轻松搭建基因工程抗体平台仁域生物成都仁域生物成立于2019年1月,是一家专注基因工程抗体技术和天然抗体库开发的公司,拥有优化的噬菌体展示抗体库技术和现代化的骆驼/羊驼养殖免疫基地。可为客户提供14天、100%成功率的先导抗体分子发现服务,彻底解决传统抗体定制的周期长、失败率高、成本高三大难题。目前已经成功完成300+靶点抗体筛选项目!protocol 获取 / 产品咨询邮箱|find@renyubio.com电话|19136178673地址|成都市经开区科技产业孵化园关注我们,持续更新相关内容参考文献Wang H, Ruan G, Li Y, Liu X. 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