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免疫治疗是一种新兴的癌症治疗方法，它能够通过激活或增强人体免疫系统来对抗肿瘤。其主要优点在于其针对性强、持久性高的长期效果。免疫治疗可以针对个体的肿瘤特征进行定制，从而提高治疗效果。与传统治疗相比，免疫治疗具有较低的毒副作用，并且能够产生持久的免疫记忆，有助于预防复发。然而，免疫治疗也存在一些缺点，同很多药物一样，一些患者在接受免疫检查点抑制剂治疗后可能会出现耐药性，这极大地限制了这种治疗方法的使用，因此，解决这一问题变得迫在眉睫。2023年6月7日，比利时布鲁塞尔路德维希癌症研究所朱晶晶团队在《自然》杂志发表论文：Tumour immune rejection triggered by activation of α2-adrenergic receptors，该研究聚焦于α2-肾上腺素受体激动剂在肿瘤免疫治疗中的关键作用机制，在这项研究中，他们首次发现用于治疗高血压的一些分子可能帮助免疫系统更好地靶向癌细胞。 ARs（肾上腺素受体）是一类G蛋白偶联受体。根据其结构、药理学和信号传导机制，它们被分为两种类型（α和β）和几种亚型，这其中，α2-ARs受体，能够通过Gi信号传递途径抑制腺苷酸环化酶的功能，从而减少环磷酸腺苷（cAMP）和蛋白激酶 A（PKA）的激活。但是，在肿瘤微环境中，存在一些免疫抑制机制，它们通过激活腺苷酸环化酶来增加cAMP的水平，从而抑制对抗肿瘤的免疫反应。正如我们上文中讲到的，科学家们正在开发一些相关的药物，用于癌症免疫治疗。因此作者认为，通过抑制腺苷酸环化酶，α2-AR激动剂可能比这些药物更有效，因为它们可以同时阻断多个增加cAMP水平的免疫抑制途径。为了评估α2-AR在癌症进展中的作用，作者首先使用不同的α2-AR激动剂和拮抗剂治疗结肠肿瘤的小鼠。结果观察到肿瘤生长显著减少，并且小鼠的存活率增加（图1） 图1：用α2-AR激动剂GBZ、CLD或GFC或α2-AR拮抗剂YHB或PHE治疗小鼠MC38结肠癌1值得一提的是，研究团队还使用了其他的结肠肿瘤模型，在所有这些模型中，都能观察到α2-AR激动剂治疗后肿瘤生长都有类似的抑制效果。进一步，研究人员在接受了α2-AR激动剂治疗的小鼠中观察到，MC38-OVA、TC-1和TiRP肿瘤中的肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）上的PD-1表达增加了，同时肿瘤微环境（TME）细胞上的PD-L1也增加了（图2）。 图2：CD8+ T细胞中PD-1的表达(上)，MC38-OVA、TC-1和TiRP肿瘤中PD-L1的总活细胞(下)1这引起了科研团队的兴趣，因此作者测试了α2-AR激动剂与免疫检查点抑制剂的联合应用。在MC38-OVA模型中，他们观察到抗PD-1与α2-AR激动剂的联合应用显示出强大的协同抗肿瘤效果，导致大多数小鼠完全没有肿瘤生长（图3）。 图3：用GBZ、CLD、ICB或联合治疗小鼠MC38-OVA 的进展情况1接下来，作者将CLD的抗肿瘤效力与普萘洛尔（PRP）-一种β2-AR拮抗剂进行了比较。从实验结果中观察到CLD在CT26癌症模型中比PRP更有效。与PRP相比，α2-AR激动剂的抗肿瘤效力增强，因此符合作者一开始的假设，即通过抑制腺苷酸环化酶产生cAMP，α2-AR激动剂可以阻断多个导致cAMP介导的免疫抑制途径。此外，研究人员还发现，α2-AR激动剂处理后，肿瘤组织中的肿瘤相关巨噬细胞呈现更高水平的活性状态，与更强的抗肿瘤免疫应答密切相关。此外，α2-AR激动剂还促进了CD4+ T细胞的活化和增殖，并增加了产生抗肿瘤免疫应答所需的细胞因子。综上所述，这项研究为开发新的免疫治疗策略和药物提供了全新的思路。通过调节肿瘤相关巨噬细胞和CD4+ T细胞的功能，α2-AR激动剂具备潜在成为免疫治疗药物的特质（图4）。这类激动剂几十年来已经被用于治疗高血压患者，它们的药理学和安全性已经得到了广泛研究。尽管可能需要使用比以往更高的剂量并减轻镇静作用，但是这项发现仍值得在癌症患者中进行α2-肾上腺素受体激动剂的临床测试。研究人员对未来的临床试验抱有极大期待，希望进一步验证这些发现，并将其推广应用于临床实践，为癌症患者带来福音。 图4：通过口服途径给予可乐定的抗肿瘤效果（a，b），以及α2-肾上腺素受体激动剂的抗肿瘤活性的示意模型1在面对免疫检查点抑制剂在临床中表现出耐药性这一新的挑战中，全世界的科学家都正在积极努力，探索新的免疫调控机制和药物靶点，以提高癌症治疗的效果。除了本文中提出的这项研究之外，还有一些新的疗法被提出，比如CAR-T细胞疗法，这种疗法利用改造的免疫细胞来针对癌细胞，具有更为精准和个体化的作用方式，有望克服耐药性带来的限制。另一方面，研究人员也在研究免疫抑制机制的调节，以阻止肿瘤对免疫治疗的逃逸机制。这些努力旨在拓宽免疫治疗的应用领域，使更多患者能够受益。参考文献：1. Zhu, J., Naulaerts, S., Boudhan, L. et al. Tumour immune rejection triggered by activation of α2-adrenergic receptors. Nature (2023).撰文 | 之予编辑 | 小白活动推荐精彩推荐：1、BMC Medicine：南医大最新研究发现，低碳水化合物比限制热量饮食减轻体重更有效！2、打破百年误解！Nature最新研究：首次证实大脑整体形状对大脑功能的影响远大于复杂的神经元连接！3、Cell子刊：重大突破！逼迫癌细胞“自杀”的方法找到了！4、“二阳”来袭别大意！BMJ重磅研究：多达18%的感染者在感染两年后仍受到新冠后遗症的影响5、白天睡不够，晚上睡不着？近5万名网民研究显示：睡前1小时玩手机，入睡延迟的可能性大大增加！

CAR-T作为癌症免疫治疗的新星，其在血液瘤中优异的疗效和深远的治疗潜力是其保证，但同时严重的神经性毒性以及CRS等副作用，以及高复发和耐药率是急需解决的问题。这些问题的出现值得去研究在癌症免疫治疗过程的机制和机理，以为优化治疗模式提供更好的解答。虽说在实体瘤方面肿瘤微环境（TME）对于预后的作用和预测已经得到了普遍研究，但在CAR-T中对于TME对于预后的预测作用研究则相对较少。肿瘤免疫环境的特征，例如活化或耗尽的T细胞的存在、免疫调节性髓样细胞或其他种类免疫细胞的浸润，以及可能影响T细胞的募集、扩增和活性的基因表达程序，实际上可以提供关于给定患者中肿瘤过程和免疫系统的给定状态对于受益于这种治疗方式是有利还是有害的整体综合观点。近日，一家诊断公司Veracyte在Nature子刊Nature Medicine上发表了一篇题为《Tumor immune contexture is a determinant of anti-CD19 CAR T cell efficacy in large B cell lymphoma》其中揭示了TME对于CD19 CAR-T疗法Yescarta的影响，该研究的作者认为，这些发现支持了CAR-T作为更早期，乃至一线治疗的潜力。Yescarta与Veracyte研究成果Yescarta(axi-cel，中文商品名：奕凯达)是首个被批准用于治疗复发/难治性(r/r) LBCL（大B细胞淋巴瘤）的抗CD19 CAR T细胞疗法，同时也是全球第二个获批的CAR-T疗法。而在其关键性临床ZUMA I中(NCT02348216)，其客观缓解(OR)率为83%；(完全缓解(CR)率为58%)；39%的患者有持续反应(平均随访时间为27.1个月)；32%的患者报告了3级以上的神经系统事件。此外，西班牙发布的真实世界数据表明，其疗效结果令人鼓舞，重大毒性事件的发生率低于关键试验中报道的事件，但发生了与毒性相关的死亡事件。由于临床前模型通常无法准确模拟免疫治疗的复杂作用机制，因此Veracyte公司进行了反向转化研究，以确定与CAR T细胞干预结果相关的肿瘤相关特征。为了达到研究目的，Veracyte公司对400多名接受axi-cel治疗的LBCL患者进行了全面的基因表达分析。他们发现肿瘤免疫结构与ZUMA 1号患者axi-cell临床疗效相关，并且可能是其主要决定因素。以下是该研究的主要发现：axi-cel后免疫TME特征的快速变化；CAR T细胞治疗的完全缓解率与富含细胞因子和趋化因子的接受治疗前TME相关，其有利于T细胞参与；接受治疗前TME中的高密度的PD-1+LAG-3+/– T细胞与OR相关；接受治疗前TME中Tregs的低密度与≥3级神经毒性相关；在治疗前TME中总存活率与较高的Immunoscore（免疫评分）和Immunosign 21（免疫相关的21个基因）相关；治疗后TME中T细胞消耗越高，循环中CAR T细胞水平越低，而这是CAR-T持久反应的关键相关因素。本文将就其中重点进行解读。TME基因信号的迅速改变研究发现，在接受axis -cel治疗后，TME基因信号迅速发生变化，反应T细胞相关信号快速上调，B细胞肿瘤相关标志物快速下调（如下图所示），形成了治疗后2周内将应答者与无应答者区分开来的动态模式。观察到的早期TME基因表达变化可作为反应的药效学标志。图：axi-cel输注后TME的演变与ZUMA 1的临床结果相关TME的T细胞密度以及肿瘤载荷与CR（完全缓解率）相关通过对CR和复发的患者子集进行对比，研究人员发现，所有具有低肿瘤负荷（TB）和较高辅助性T (Th)细胞密度的患者实现了CR。并且与来自高TB患者的TME(下图中橙色圆圈)相比，他们的TME在治疗前和治疗后都呈现较高的T细胞密度。相反，治疗前高TB和低T细胞密度的五分之四的患者没有达到CR。这表明低载荷患者更有可能达到CR。然而，也有1例高TB患者获得了完全缓解。该患者(橙色圆圈)呈现治疗前中等T细胞密度，治疗后TME发展为具有活化表型的更高密度的T细胞（PD1+LAG-3−TIM3−）(如下图紫色箭头)。这个小数据集的结果表明，治疗后TME T细胞密度反映了治疗前的密度，这将支持在首次临床反应前利用CR与低TB和高T细胞密度相关进行评估疗效的假设。此外，研究还发现当患者复发时，TME获得了免疫有害环境，T细胞相关标志物减少，肿瘤相关和免疫反调控标记物增加，其中包括CCR4和CCL22。与生存相关的治疗前免疫环境为了发现趋化因子、细胞因子及其受体的TME基因表达与T细胞基因和T细胞密度的可能联系，研究人员通过四个独立的数据集（一部分可采用的临床试验数据集，不包括正在进行的二线DLBCL临床）分析了T细胞亚群和趋化因子及细胞因子表达在治疗前TME中的相关性。在所有四个数据集中，仅有骨髓细胞(CXCL9和CXCL14)或由骨髓细胞和T细胞(CCL5及其受体CCR5)分泌的趋化因子，以及STAT1基因表达，在所有四个数据集中与T细胞密度直接相关，T细胞基因(CD3δ、CD8和CD4)也与编码对T细胞扩增、干细胞、生存力和分化重要的细胞因子的基因相关，例如由基质或骨髓细胞产生的IL-21 Th细胞或IL-7、IL-18和IL-15等等。（如下图所示）图：与髓样分泌的趋化因子相关的治疗前肿瘤活检中的T细胞亚群从二线DLBCL临床试验中提取的其他患者独立数据集表明。在二线DLBCL中，IL-15和IL-18与CD3ε基因表达相关。最后，在两个独立的数据集(ZUMA-1和已经商业化axi-cel患者)中，与CR相关的主要免疫途径与非CR相关的分析揭示，在每个患者组中，淋巴细胞共刺激和白细胞的细胞间粘附与增加的倍数变化相关，而抗原加工和与M2巨噬细胞和髓细胞活化相关的肽抗原基因(CD206、CD36、CD74、HLA-DM、HLA-DQ、HLA-DRA、HLA-E和TREM2)的呈递与倍数变化的减少相关。这些研究表明，通过局部产生的趋化因子(例如，CXCL9和CXCL14)和细胞因子(例如，IL-15、IL-7、IL-18和IL-21 ),治疗前肿瘤免疫环境与TME中T细胞的存在和活性相关。这支持了T细胞吸引性趋化因子和γ链受体细胞因子的基质产生可能促进T细胞参与的TME通常有利于CAR T细胞活性的假设。较低的CAR T水平与TME衰竭的T细胞有关早期的研究表明axi-cel的功效与血液中快速的CAR T细胞扩增有关，而早期CAR T细胞扩增则与治疗前TB的比率与持久反应相关。而这里研究人员假定，治疗前和治疗后的TME或许能比传统的预后标记物（例如：活化的B细胞样(ABC)的起源细胞（COO），生发中心B细胞样(GCB)或未分类的DLBCL细胞亚型）更好地预测LBCL对axi-cel的反应。图：循环CAR T细胞水平和肿瘤免疫环境之间的相关性而结果表明，峰值CAR - T细胞水平和COO之间没有关联，相对而言循环峰值CAR水平与缺乏ICs或TOX表达的Th细胞治疗后TME密度负相关，而后者是T细胞衰竭的已知标志。这些结果揭示了血液中CAR T细胞扩增不良与治疗后TME浸润耗尽的Tc细胞之间的关联。这些结果可能表明，全身性T细胞衰竭（包括肿瘤浸润淋巴细胞和循环CAR T细胞的衰竭）与缺乏对细胞治疗的持久反应有关。在治疗后TME中T细胞消耗越高，循环中CAR T细胞水平越低，这是持久反应的关键相关因素。接受治疗前TME中Tregs的低密度与≥3级神经毒性相关为了确定与ZUMA-1患者axi-cel结果相关的细胞亚群，研究人员测量了治疗前TME的T细胞密度和B细胞谱系基因的表达水平。其中Treg细胞(CD3+CD8−FoxP3+)的密度在axi-cel后发展为高级别神经系统事件 NEs(级别≥3)的患者中显著降低，这与是否有检查点表达无关。出乎意料的是，研究人员发现Treg密度与有利于axi-cel临床反应的TME特征正相关，这也包括高CD8+PD-1+T细胞密度。CD8+PD-1+T细胞密度高、PD-1+ Tregs中间/密度高的患者(约占所有检测患者的1/4)在axis -cel治疗后达到CR，不伴有严重NEs。而大多数患者(n = 4/5)在治疗前的TME中，Tregs密度低，但可测量CD8+PD-1+ T细胞，在经过治疗后发展为≥3级的NEs。此外，研究还发现治疗前肿瘤浸润性非活化Th细胞与峰值CAR T细胞水平正相关，标准化峰值CAR T细胞水平与治疗前免疫评分也显著相关。这些数据表明，治疗前的肿瘤浸润淋巴细胞亚群，如激活的CD8+ T细胞和Treg细胞，与疗效和神经毒性差异性相关。图：与axi-cel细胞功效、NEs和CAR T细胞扩增相关的治疗前肿瘤活检中T细胞亚群的细胞密度总结总之，这项研究促进了对axi-cel作用机制的理解，将其性能(即CAR T细胞功效、毒性和患者存活率)与治疗前和治疗后的肿瘤免疫环境联系起来。这项研究还强调了三线DLBCL对axi-cel耐药的第三种机制和相关的规避作用，即与肿瘤免疫微环境有关。虽然此次研究的样本量有限，但这些有待验证的结果表明，具有治疗潜力的基于免疫的疗法，如axi-cel，应在更早的治疗方案中予以考虑，在这些方案中，更大比例的患者具有更有利的TME特征和更低的肿瘤载荷，以潜在地最大化临床益处和治疗潜力。参考来源：M. Kwon, R. Bailen, L. Lopez Corral, et al. REAL WORLD OF EXPERIENCE AXICABTAGENE CILOLEUCEL FOR THE TREATMENT OF RELAPSED OR REFRACTORY LARGE B-CELL LYMPHOMA IN SPAIN. The 47th Annual Meeting of the EBMT. Abstract OS3-4.Scholler, N., Perbost, R., Locke, F.L. et al. Tumor immune contexture is a determinant of anti-CD19 CAR T cell efficacy in large B cell lymphoma. Nat Med (2022). https://doi.org/10.1038/s41591-022-01916-x

Scientists determined the cryo-EM structure of IGF Ternary complex and its assembly and activation mechanism. Insulin-like growth factor (IGF) is a hormone that greatly influences growth in fetuses and children, but also body maintenance and metabolism in adults. IGF regulates cell proliferation, differentiation, and survival by activating IGF receptors distributed in cell membranes of various tissues. However, IGF is so unstable that its half-life is less than 10 minutes in its free state. For, this reason more than 70% of IGF circulating in the body is bound to IGFBP (IGF Binding Protein) and ALS (Acid Labile Subunit). This IGF/IGFBP/ALS ternary complex is stable for a much longer duration of 12 hours and therefore serves as a carrier for IGF. In addition, the ternary complex also plays a role in regulating IGF so that it can act only when needed. However, the structure of the IGF/IGFBP/ALS ternary complex has not been well studied, making it difficult to understand how the complex is assembled and how IGF is activated. Now, a team led by Professor KIM Ho Min at the Center for Biomolecular and Cellular Structure within the Institute for Basic Science (IBS) in Daejeon, South Korea, determined the structure of IGF1/IGFBP3/ALS ternary complex for the first time. It is believed that this structural information could broaden the understanding of growth-related diseases such as growth hormone deficiency and ALS deficiency. The stable ternary complex was successfully expressed and purified through an animal cell expression system and a series of purification processes. The cryogenic transmission electron microscope (cryo-EM), data hub, and supercomputing resources of IBS were used to obtain its high-resolution three-dimensional molecular structure. It was discovered that IGF1 was surrounded by IGFBP3 to first form a binary complex. Then, ALS once more wraps this binary complex like a parachute, which protects IGF1 from being easily degraded within the body. Armed with the new knowledge of the protein structure, the researchers were now able to understand the structural basis for many diseases associated with the mutations in these proteins. In particular, many known point mutations in ALS were found to cause disease by inducing misfolding of ALS and hindering the formation of the ternary complex. On the other hand, known point mutations in IGF did not appear to have any negative effects on their ability to form complexes, but rather cause disease by decreasing IGF's affinity to IGF receptors. The researchers did not stop there, as they further explored how this ternary complex is assembled. First, the researchers ran SDS-PAGE of ALS, IGFBP3, and IGF1 proteins to verify if the complex is or isn't formed. They also fused GFP (green fluorescent protein) onto the IGF1 protein and used fluorescence detection chromatography to trace the GFP labeled protein as they succeed or fail to form complexes with the other two proteins. From this, they learned that IGFBP3 or IGF1 alone cannot form a binary complex with ALS. Moreover, it was discovered that IGF must first form a binary complex with IGFBP, and only after that, both proteins can bind to ALS to properly assemble a ternary complex. Furthermore, the researchers modified IGFBP to better determine the role of specific domains of the protein. When the N terminal domain (NBP) was removed, the protein was shown to be incapable of binding to IGF, hinting that the domain is required for the initial binary complex formation. The researchers also substituted the central-linker domain (CLD3) of the IGFBP with different variants. Contrary to NBP, all variants of CLD domains allowed the formation of the binary complex with IGF1. However, it was shown that some CLD variants allowed the modified IGFBP to bind to ALS even without IGF. This means that it is likely that the formation of the initial IGF1/IGFBP3 binary complex allows for some conformational change to the CLD3 domain to facilitate ternary complex formation with ALS. In addition, the researchers monitored how the complex can be disassembled to make IGF bioavailable. In order to do so, they treated both IGF/IGFBP binary complex and the final ternary complex using a protease called thrombin. After the proteolysis, it was observed that the C-terminus domain (CBP) of IGFBP is released, and an unstable intermediate ternary complex is formed. This process was believed to be an important step in activating the IGF, which is otherwise inactive when it is bound within a complex. The first author KIM Hyojin states, "The first and foremost step before investigating further processes is to understand the structure. This structure-based approach and proper biochemical assays allowed us to unveil the mechanism of IGF complex formation and activation." "This new knowledge of molecular structure and activation mechanism of the IGF ternary complex is expected to greatly contribute to the development of therapeutic agents and research related to adolescent growth or IGF-related diseases," explains Professor KIM Ho Min, the corresponding author of the study.