腫瘤免疫治療作為近些年迅速發(fā)展的腫瘤治療新方法，通過調(diào)動機體自身的免疫系統(tǒng)來對抗腫瘤，使得腫瘤治療的局面煥然一新。特別是免疫檢查點阻斷治療，造福了大量的癌癥患者。盡管如此，免疫檢查點阻斷治療還存在應答率低、腫瘤復發(fā)等問題，因此仍需更多更有效的免疫治療手段。
細胞因子作為機體免疫調(diào)控網(wǎng)路中的重要分子，在機體抗腫瘤反應中也具有重要影響。其中，白細胞介素15（IL-15）能有效地促進效應細胞，包括效應CD8+T細胞和NK細胞的增殖和胞毒作用，因而在抗腫瘤治療中頗具潛力。然而IL-15在循環(huán)系統(tǒng)給藥治療過程中，常伴隨嚴重的毒副作用，限制了IL-15在臨床上的應用。因此，尋找有效的修飾或改造方法使IL-15能夠安全有效地發(fā)揮抗腫瘤功能是解決IL-15應用困境的關鍵。針對這一問題，基本的改造策略是：在外周組織限制IL-15的活性以避免毒性，而選擇性地在腫瘤組織釋放IL-15的活性以發(fā)揮有效的抗腫瘤作用。
中國科學院生物物理研究所研究員彭華課題組此前提出了“pro-cytokine”前藥策略能夠有效地降低毒性（Cell Res., 2021）。近期，彭華課題組和清華大學醫(yī)學院教授傅陽心提出了不同于“pro-cytokine”的改造策略。研究人員根據(jù)對IL-15及其受體相互作用的結構分析，將IL-15置于抗體Fc的羧基端，形成空間位阻，使Fc物理性地阻礙IL-15與受體的結合，有效降低IL-15的活性。在給小鼠腹腔注射時，IL-15的毒性顯著降低，保證了IL-15的安全性。
為確保遮蓋的IL-15能夠有效地激活腫瘤內(nèi)的效應細胞而發(fā)揮抗腫瘤作用，科研人員加入了PD-1抗體（aPD-1），構建出aPD-1-IL-15融合蛋白。在系統(tǒng)給藥時，aPD-1抗體一方面能夠靶向到腫瘤組織，將IL-15更多地帶到腫瘤部位；另一方面，aPD-1抗體能夠?qū)⒄谏w的IL-15錨定在瘤內(nèi)高表達PD-1分子的效應細胞，特別是PD-1+CD8+T細胞。研究發(fā)現(xiàn)，當aPD-1抗體結合到PD-1+細胞時，遮蓋著的IL-15的活性完全恢復。一般情況下，IL-15的毒性和抗腫瘤活性都依賴IL-15本身的活性，因而常常是伴生的。該研究提出的新改造策略，將IL-15的毒性和抗腫瘤活性有效地在空間上分割開，以物理遮蓋形成空間位阻的方法降低IL-15的活性進而降低在外周組織的毒性，以PD-1輔助靶向和輔助結合的方式特異性地恢復IL-15在瘤內(nèi)PD-1+CD8+T細胞上的活性進而有效地發(fā)揮抗腫瘤功能。
受限于融合蛋白結構信息，遮蓋的IL-15重新獲得活性的機制尚不清楚。研究人員提出兩種假設，一種是在aPD-1抗體結合到細胞上PD-1分子時，F(xiàn)c與IL-15之間的結構發(fā)生構象改變，使原先遮蓋的IL-15不再被遮蓋，IL-15的活性完全釋放。另一種是aPD-1抗體將IL-15錨定在細胞表面，提升融合蛋白的局部濃度，增強IL-15與受體的結合概率，因此活性得到大幅恢復。改造的aPD-1-IL-15融合蛋白在多種小鼠腫瘤模型中展現(xiàn)出顯著抑制腫瘤生長的能力，且完全不會產(chǎn)生毒副作用。機制上，腫瘤內(nèi)預先存在的CD8+T細胞是融合蛋白發(fā)揮抗腫瘤功能的主要效應細胞，融合蛋白能夠顯著促進CD8+T細胞的增殖、增強CD8+T細胞的效應能力，能夠抑制原位腫瘤的生長，還能抑制腫瘤的遠端轉移，并提供長久的機體免疫記憶保護。
相關研究成果以An engineered concealed IL-15-R elicits tumor-specific CD8+T cell responses through PD-1-cis delivery為題，發(fā)表在Journal of Experimental Medicine上。研究工作得到國家科技重大專項等的支持。
Anti-PD-1-IL-15-R通過PD-1順式遞送IL-15-R，特異性結合并激活腫瘤內(nèi)PD-1+CD8+T細胞發(fā)揮抗腫瘤功能的模式圖
