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《自然》:免疫新靶点TIM3获重大发现!科学家证实,阻断树突状细胞上的TIM3可激发更强大的免疫反应丨科学大发现

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奇点网 2021-06-16 00:48
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肿瘤免疫治疗这几年火得不要不要的,TIM-3是继PD-1/PD-L1、CTLA-4之后,又一个新兴的免疫检查点分子[1]。

正如TIM-3名字中所体现的那样,目前关于它的研究主要集中在T细胞上,TIM-3被当作是慢性病毒感染和癌症模型中 T 细胞耗竭的标志分子[2]。

尽管已经有多个靶向TIM-3的药物进入临床试验[1],但阻断TIM-3的抗肿瘤活性机制还有些模糊,因为TIM-3在很多其他免疫细胞上也有表达,T细胞之外的免疫细胞是否有参与其抗癌作用,甚至起到更重要的作用呢?

2021年6月9日,来自哈佛医学院的Vijay K. Kuchroo团队在《自然》期刊发表重要研究成果,他们发现阻断树突状细胞(DCs)上TIM-3,可能对于增强抗肿瘤免疫有着更为关键的作用[3]!

论文首页截图

为了搞清楚TIM-3的具体功能机制,研究人员使用了大量的条件性敲除小鼠模型。他们发现,在同时敲除CD4和CD8+ T细胞中的TIM-3后,肿瘤生长得到一定的抑制,但不是非常显著;而特异性敲除CD8+ T细胞、调节性T细胞或NK细胞中的TIM-3,均不影响肿瘤的生长

这一结果有些令人意外,但研究人员很快想到,髓系细胞上的TIM-3会不会有更为重要的功能呢?

研究人员通过单细胞测序结合流式细胞术发现,肿瘤中DC1s和迁移型DCs(migDCs)的TIM-3高表达。在特异性敲除DCs中的TIM-3后,肿瘤的生长得到了显著的抑制,且这一作用比敲除T细胞的TIM-3要更强

敲除树突状细胞中的TIM-3(基因名为Havcr2),肿瘤得到显著抑制

那么, DCs上的TIM-3又是如何影响抗肿瘤免疫反应的呢?

借助于单细胞测序结果,研究人员发现在敲除DCs中的TIM-3后,肿瘤中浸润的CD8+ T细胞增多了。更加细致的分析发现,早期激活、效应、记忆、记忆前体T细胞均增多了,这些T细胞对于抗肿瘤免疫反应有着关键作用[4]。

流式分析也证实,在条件性敲除DCs的TIM-3后,肿瘤中浸润的记忆前体CD8+ T 细胞和效应 T 细胞都显著增多

敲除DCs的TIM-3后,记忆前体CD8+ T 细胞(TCF1)和效应 T 细胞(CX3CR1、T-bet、Ki67)都增多

DCs的一个主要功能就是通过抗原呈递,来促进抗原特异性CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫功能[5]。进一步分析单细胞测序中的髓系细胞,研究人员发现一些MHC I类抗原呈递相关的基因显著升高了

小鼠实验也证实,在敲除DCs的TIM-3后,肿瘤中抗原特异性的CD8+ T细胞比例显著升高,并且具有更强的杀伤潜力。说明抑制TIM-3可增强抗原特异性免疫反应

敲除DCs的TIM-3后,抗原特异性的CD8+ T细胞比例升高,并具有更强的杀伤潜力

研究完细胞水平的机制后,研究人员开始进一步探究更加细致的分子机制。

研究人员首先基于单细胞测序技术分析了CD8+ T cells和DCs之间的相互作用关系。结果发现,在敲除DCs的TIM-3后,Il18–Il18r1和Il18–Il18rap的配体-受体相互作用得分显著增高。分析肿瘤匀浆中的细胞因子,也发现IL-1β 和 IL-18的水平显著升高

熟悉炎症小体的小伙伴们一定能想到,炎症小体介导了IL-1β 和 IL-18的活化和释放,那敲除TIM-3后是否激活了炎症小体呢?

炎症小体激活的模式图[6]

果然,分析单细胞测序数据,研究人员发现在TIM-3敲除的DCs 中,炎症小体相关的基因特征得到显著富集。

炎症小体可以由病原相关分子模式(PAMP)和损伤相关分子模式(DAMP)激活[7],既然这里的研究没有涉及病原体,研究人员自然想到会不会是内源性的DAMP(比如活性氧ROS、氧化脂质和氧化 DNA)激活了炎症小体?

研究人员分析发现,在TIM-3敲除的DCs 中,氧化应激相关基因特征的富集水平显著升高,流式分析也证实DC1s和mDCs 中的ROS水平升高。进一步地,研究人员用抗氧化剂(N-乙酰半胱氨酸)处理肿瘤小鼠,结果发现敲除TIM-3带来的肿瘤抑制作用完全消除,肿瘤中IL-1β水平的升高也被完全消除

敲除TIM-3后,DC1s和migDCs 中的ROS水平升高

那么,炎症小体通路的激活,是否就是抗肿瘤免疫反应增强的原因呢?

研究人员通过三种方式来抑制炎症小体通路(抑制caspase1、抑制NLRP3炎症小体、抑制IL-1β/IL-18,小伙伴们可以对照上面的模式图看),结果发现敲除TIM-3所增强的抗肿瘤作用完全消失,CD8+ T细胞的功能增强效果也被消除

抑制炎症小体通路可消除阻断TIM-3带来的免疫增强作用

总的来说,这项研究发现相比于T细胞,DCs上的TIM-3可能在肿瘤免疫中发挥了更为关键的作用,这一发现对于人们之前的认知有一定的颠覆意义。

作者从肿瘤微环境中的细胞功能变化,以及DCs中的分子通路改变等角度对机制进行了解析,但本文还是留下了诸多尚未回答清楚的问题。

例如,敲除TIM-3是如何导致DCs氧化应激水平增高的?此外,本文关于氧化应激与炎症小体激活之间关系的实验证据还很薄弱,在本文的模型中,炎症小体是否还可能通过其他因素被活化?

炎症小体的激活又是如何影响DCs和T细胞功能的?TIM-3是否还可能通过其他机制影响DCs功能?例如在最新一期的Immunity中,Brian Ruffell等人认为阻断TIM-3有助于 DCs中 cGAS-STING 通路的激活,进而促进抗肿瘤免疫反应[8]。

虽然TIM-3还有很多需要被研究的地方,但值得期待的是,已有多款TIM-3抗体进入临床试验,其中不乏一些国产药物,希望这些药物能早日上市,造福更多的患者。

参考文献

1. Acharya N, Sabatos-Peyton C, Anderson AC. Tim-3 finds its place in the cancer immunotherapy landscape. J Immunother Cancer. Jun 2020;8(1)doi:10.1136/jitc-2020-000911

2. Sakuishi K, Apetoh L, Sullivan JM, Blazar BR, Kuchroo VK, Anderson AC. Targeting Tim-3 and PD-1 pathways to reverse T cell exhaustion and restore anti-tumor immunity. J Exp Med. Sep 27 2010;207(10):2187-94. doi:10.1084/jem.20100643

3. Dixon KO, Tabaka M, Schramm MA, et al. TIM-3 restrains anti-tumour immunity by regulating inflammasome activation. Nature. Jun 9 2021;doi:10.1038/s41586-021-03626-9

4. Siddiqui I, Schaeuble K, Chennupati V, et al. Intratumoral Tcf1(+)PD-1(+)CD8(+) T Cells with Stem-like Properties Promote Tumor Control in Response to Vaccination and Checkpoint Blockade Immunotherapy. Immunity. Jan 15 2019;50(1):195-211 e10. doi:10.1016/j.immuni.2018.12.021

5. Roberts EW, Broz ML, Binnewies M, et al. Critical Role for CD103(+)/CD141(+) Dendritic Cells Bearing CCR7 for Tumor Antigen Trafficking and Priming of T Cell Immunity in Melanoma. Cancer Cell. Aug 8 2016;30(2):324-336. doi:10.1016/j.ccell.2016.06.003

6. Terlizzi M, Casolaro V, Pinto A, Sorrentino R. Inflammasome: cancer's friend or foe? Pharmacol Ther. Jul 2014;143(1):24-33. doi:10.1016/j.pharmthera.2014.02.002

7. Sharma BR, Kanneganti TD. NLRP3 inflammasome in cancer and metabolic diseases. Nat Immunol. May 2021;22(5):550-559. doi:10.1038/s41590-021-00886-5

8. de Mingo Pulido A, Hanggi K, Celias DP, et al. The inhibitory receptor TIM-3 limits activation of the cGAS-STING pathway in intra-tumoral dendritic cells by suppressing extracellular DNA uptake. Immunity. Jun 8 2021;54(6):1154-1167 e7. doi:10.1016/j.immuni.2021.04.019

责任编辑丨BioTalker

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