免疫治療已經(jīng)成為繼手術(shù)、放療和化療之后的第四大腫瘤臨床治療手段，并在多手段聯(lián)合治療中扮演著不可或缺的角色[1-3]。
其中，高劑量的IL-2療法已經(jīng)被批準(zhǔn)用于治療轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌和轉(zhuǎn)移性黑色素瘤。
然而，IL-2可以作用于調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）和效應(yīng)T細(xì)胞的功能特性，使得其在抗
腫瘤免疫中效果相對(duì)有限。
此外，高劑量的IL-2會(huì)誘導(dǎo)包括
血管漏綜合征（VLS）、肺水腫、低血壓和心臟毒性等在內(nèi)的嚴(yán)重毒性，這使得其在臨床中的應(yīng)用受限[4]。
近期，由劍橋大學(xué)Rahul Roychoudhuri，鄧迪大學(xué)Ignacio Moraga和里爾大學(xué)Suman Mitra共同領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在著名期刊Science Immunology對(duì)高劑量的IL-2療法做出了改善 [5]。他們發(fā)現(xiàn)：酸性的腫瘤微環(huán)境會(huì)破壞IL-2的信號(hào)傳導(dǎo)和活性，從而導(dǎo)致其有限的療效。而IL-2的工程化突變體蛋白（Switch-2）能在酸性環(huán)境中表現(xiàn)出高活性、在正常環(huán)境下低活性，使得其具有更
精準(zhǔn)的、更強(qiáng)大的抗腫瘤效果。
接下來(lái)，大家跟著奇點(diǎn)糕一起看看他們是怎樣開(kāi)展此項(xiàng)研究的吧。
腫瘤免疫抑制的微環(huán)境通常是乏氧、酸性的微環(huán)境，并且富含大量的炎性細(xì)胞和細(xì)胞因子，它是免疫治療療效不佳的一個(gè)重要因素。
其中，酸性的腫瘤微環(huán)境（TME）不僅直接抑制CD8+T細(xì)胞的代謝活性，還可以促進(jìn)Treg等多種免疫抑制細(xì)胞的功能，從而誘導(dǎo)免疫抑制[6]。既然酸性微環(huán)境對(duì)T細(xì)胞功能有影響，IL-2又是T細(xì)胞的激動(dòng)劑，那么腫瘤的酸性微環(huán)境是否也會(huì)對(duì)IL-2的療效產(chǎn)生影響呢？
為了探究TME的酸性pH條件是否會(huì)抑制IL-2的信號(hào)傳導(dǎo)，研究人員分別利用鹽酸和乳酸模擬腫瘤酸性環(huán)境來(lái)探究IL-2對(duì)CD8+T細(xì)胞的激活作用。結(jié)果表明，IL-2活性在酸性條件下比正常環(huán)境下更弱，且這種活性的降低是由酸性條件下IL-2與IL-2Rα的結(jié)合能力下降導(dǎo)致的。
IL-2在酸性pH條件下對(duì)T細(xì)胞激動(dòng)作用減弱
然而這種削弱作用是否在體內(nèi)適用尚不清楚。
由此，研究人員構(gòu)建了B16黑素瘤細(xì)胞的荷瘤小鼠，隨后采用碳酸氫鈉來(lái)消耗TME中已生成的乳酸并輔助IL-2治療或通過(guò)接種LDHA/B雙敲除的細(xì)胞來(lái)減少TME中乳酸的產(chǎn)生再給予IL-2治療。
結(jié)果表明，TME的酸性減弱促進(jìn)了IL-2對(duì)腫瘤浸潤(rùn)C(jī)D8+T細(xì)胞的激活、效應(yīng)功能，并降低了其耗竭程度，從而顯著增強(qiáng)了IL-2的抗腫瘤效力，并有效延長(zhǎng)小鼠生存期。
酸性減弱后IL-2促進(jìn)腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞的效應(yīng)功能，并降低了其耗竭程度
既然IL-2難以在酸性pH下發(fā)揮有效的抗腫瘤作用，那么是否能夠設(shè)計(jì)制備一個(gè)可以在酸性pH下具有高活性的IL-2突變體呢？
基于以上想法，研究人員采用定向進(jìn)化篩選IL-2突變體，獲得了一株IL-2突變體（Switch-2）。其在低pH下與IL-2Rα表現(xiàn)出更高的結(jié)合能力，而在中性pH下的結(jié)合則較低。
隨后，研究人員模擬pH 6和pH 7情況下IL-2/IL-2Rα復(fù)合物和Switch-2/IL-2Rα復(fù)合物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來(lái)尋找后者在酸性條件下更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。他們認(rèn)為IL2Rα的120位組氨酸的質(zhì)子化損害了其與IL-2的38位精氨酸的結(jié)合，而Switch-2則結(jié)合位點(diǎn)附近存在37位的組氨酸，代替IL2Rα的120位組氨酸質(zhì)子化從而加強(qiáng)了Switch-2/IL-2Rα復(fù)合物在酸性條件下的穩(wěn)定性。
IL-2/IL-2Rα或Switch-2/IL-2Rα結(jié)合部位的相互作用
而利用IL-2和Switch-2，分別在pH 6.5和pH 7.5刺激預(yù)活化的CD8+T細(xì)胞中，也證明了Switch-2在酸性條件下具備更強(qiáng)的激活T細(xì)胞STAT5信號(hào)通路的功能。
此外，研究人員分別探究了IL-2和Switch-2在pH 6.5和pH 7.5刺激CD8+T細(xì)胞后的細(xì)胞因子分泌情況。他們發(fā)現(xiàn)IL-2在中性條件，而Switch-2則在酸性條件可以刺激T細(xì)胞大量分泌與效應(yīng)功能相關(guān)的細(xì)胞因子，如IFN-γ等。
而通過(guò)基因集富集分析，研究人員再次證實(shí)了IL-2在pH 6.5條件下刺激CD8+T細(xì)胞激活和效應(yīng)功能的基因表達(dá)能力下降以及Switch-2的鏡像增強(qiáng)作用。
雖然IL-2和Switch-2在體外不同pH條件下增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞的激活和效應(yīng)功能已經(jīng)被驗(yàn)證，但Switch-2能否在體內(nèi)激活腫瘤部位T細(xì)胞仍然不得而知。
為此，研究人員分析了荷瘤小鼠不同部位的CD8+T細(xì)胞攝取IL-2或Switch-2的情況。結(jié)果顯示，IL-2優(yōu)先被外周血和肺中的IL-2Rα+CD8+T細(xì)胞攝取，而Switch-2則優(yōu)先被腫瘤和腫瘤引流淋巴結(jié)（tdLNs）內(nèi)的IL-2Rα+CD8+T細(xì)胞攝取。這些結(jié)果證實(shí)了Switch-2優(yōu)先在酸性pH的組織環(huán)境中起效。
既然Switch-2的設(shè)計(jì)與制備是為了解決IL-2在酸性條件下對(duì)T細(xì)胞的刺激能力下降的問(wèn)題，那么Switch-2的體內(nèi)抗腫瘤療效如何呢？
研究人員構(gòu)建了MC38（小鼠
結(jié)直腸癌），4T1（小鼠三陰乳腺癌）和B16-SIY三種腫瘤模型對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果不負(fù)眾望，Switch-2顯著抑制三種腫瘤的生長(zhǎng)，并延長(zhǎng)了小鼠的生存期。此外，對(duì)Switch-2治愈的MC38荷瘤小鼠進(jìn)行MC38再接種，其完全免疫了MC38的生長(zhǎng)，表明Switch-2可以誘導(dǎo)長(zhǎng)效的抗腫瘤免疫記憶。Switch-2在體內(nèi)顯著抑制多種腫瘤的進(jìn)展
最后，為了探究Switch-2能否解決IL-2療法全身毒性高的難題，研究人員對(duì)小鼠進(jìn)行高劑量給藥，他們發(fā)現(xiàn)高劑量IL-2誘導(dǎo)明顯的肺水腫，而高劑量Switch-2引起的肺水腫和血管通透性顯著減少。這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明，Switch-2偏好在體內(nèi)酸性pH組織環(huán)境中激活，從而導(dǎo)致強(qiáng)大的抗腫瘤活性和弱的外周毒性。
Switch-2降低了IL-2引起的全身毒性
總的來(lái)說(shuō)，該研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)目前IL-2療法存在的高劑量治療療效不佳和副作用大的科學(xué)性問(wèn)題，設(shè)計(jì)制備了一種可以在酸性pH條件下高效運(yùn)作的IL-2突變體蛋白（Switch-2），其可以在體內(nèi)酸性pH組織環(huán)境中激活并誘導(dǎo)強(qiáng)大的抗腫瘤活性，從而顯著抑制腫瘤進(jìn)展。同時(shí)Switch-2可以降低IL-2高劑量療法帶來(lái)的全身毒性。
這不僅是對(duì)IL-2療法的改善，這種pH敏感性似乎為其他細(xì)胞因子療效的改善提供了參考的模板。該研究甚至為細(xì)胞外其他物理化學(xué)特征對(duì)健康和患病組織中細(xì)胞因子活性和功能的影響提供了基礎(chǔ)。
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