《細胞》子刊：免疫治療新思路，改造巨噬細胞成為實體瘤殺手，腫瘤縮小80%！｜科學大發現

不久前，諾華CAR-T療法上市申請獲得FDA全票通過的新聞讓大家都很振奮，CAR-T的「神通」我們也已經給大家介紹過不少了，但是，對於實體瘤，CAR-T一直久攻不下。而現在，來自賓夕法尼亞大學的研究人員發現，改造過的工程化巨噬細胞竟然能迅速縮小實體瘤！

研究發表在《細胞》雜誌的子刊《Current Biology》上。在研究中，兩次注射改造後的巨噬細胞使得移植了人肺癌細胞小鼠的實體瘤減小了80%之多[1]！在抗癌戰鬥中，巨噬細胞一直被認為是顆「牆頭草」，一言不合就放棄對癌細胞的吞噬，甚至還會倒戈，阻止T細胞發動攻擊，分泌生長因子滋養癌細胞，促進腫瘤血管的生成[2]。

即使如此，依然有很多研究人員沒有放棄巨噬細胞，他們希望能像改造T細胞成為CAR-T一樣，讓巨噬細胞「迷途知返」，重新成為抗癌利器！賓夕法尼亞大學的Dennis E. Discher教授（新研究的通訊作者）就是其中之一。

Dennis E. Discher教授

Discher教授是怎麼改造巨噬細胞的呢？在回答這個問題前，奇點糕要問問大家，是什麼蒙蔽了巨噬細胞，讓它放棄了吞噬癌細胞？答案就是CD47蛋白！CD47蛋白可以向巨噬細胞傳遞一個「不要吃我」的信號，健康的細胞都會表達這種蛋白，表明自己是「良民」，巨噬細胞就不會吞噬掉它們[3]。

然而，狡猾的癌細胞也發現了這個「秘密」，它們本來會表達CSF1蛋白，向巨噬細胞發出「吃我」的信號，而知道了這個「良民證」的存在後，癌細胞就也大量表達CD47蛋白，擾亂了巨噬細胞的判斷，幫助自己躲過一劫。

既然是信號傳遞，那麼巨噬細胞表面一定需要一個CD47的「信號接收器」，那就是信號調節蛋白α（SIRPα）。那麼這是不是意味著，如果在體內抑制SIRPα的表達，巨噬細胞就可以恢復敏銳的判斷力，吞噬癌細胞了呢？

這並不是一個新鮮的想法，有不少科學家都在開發CD47抗體，阻止它與SIRPα結合。然而，這些藥物往往都存在一個共同問題：巨噬細胞會變得「敵我不分」，在減小了腫瘤的同時，也迅速消滅了血液循環中的血細胞，這除了會引起貧血外，更嚴重的是會導致自身免疫疾病，結果接受治療的小鼠沒被腫瘤「害死」，倒是先倒在了自身免疫疾病上[4,5]。

為了解決這個問題，Discher教授的團隊決定「放棄」自身的巨噬細胞，採用外源巨噬細胞。他們從健康人和小鼠的骨髓中獲得了「年輕健壯」的巨噬細胞，阻斷了其表面SIRPα的表達，再給它們裝載上人的免疫球蛋白G（IgG），它是血清中最主要的抗體成分，可以增強巨噬細胞的吞噬能力。研究人員首先進行了體外實驗，他們在實驗室中模擬了包含腫瘤的組織，發現兩種來源的巨噬細胞都可以在腫瘤組織中特異性積累，並且吞噬腫瘤。

在體外實驗中觀察到了初步結果後，研究人員就開始了小鼠實驗。他們通過尾部靜脈注射的方式將人的肺癌細胞注射入小鼠體內，培養出橫截面約1cm²大小的腫瘤，再將缺少SIRPα的巨噬細胞注射給小鼠，和體外實驗類似的，這些巨噬細胞只在腫瘤中積聚，而不會出現在其他的組織中。

他們發現，有30%的健康小鼠的巨噬細胞能夠吞噬腫瘤，而患癌小鼠自身的巨噬細胞只有5%不到，即使是敲低了CD47基因的腫瘤，也只能將它們自身巨噬細胞吞噬的比例提高到12%。在3天的時間中，改造後的巨噬細胞讓腫瘤減小了25%！

這個成績可以說是很出色了，那麼健康的人提供的巨噬細胞在改造後，應對人源小鼠腫瘤的能力又如何呢？研究人員再次進行了實驗。同樣是3天時間，腫瘤縮小了20%，10天後縮小了40%！但是先別忙著驚喜，因為此時巨噬細胞的吞噬進入了「平台期」，即使額外注射IgG也沒能讓腫瘤繼續縮小。

那該怎麼辦呢？研究人員在第14天時決定，再給小鼠們注射一次巨噬細胞！注射後，腫瘤果然繼續減小了，最終腫瘤只有原來的20%大小，在60天內都沒有出現再次生長。而且，阻斷SIRPα表達這一方法不像過去CD47抗體一樣會傷害血細胞，在治療的過程中，小鼠的紅細胞、白細胞、血小板和血紅蛋白的水平都保持在正常範圍內，沒有出現大幅度的下降，小鼠也沒有出現嚴重的副作用。

治療期間小鼠腫瘤大小的變化，灰色為不做干預的對照組；紅色為注射不阻斷SIRPα也不含Ig

G的供體巨噬細胞；黑色為阻斷SIRPα但不含IgG；綠色方塊為不阻斷SIRPα但含IgG；綠色三角為在綠色方塊後繼續注射一次阻斷SIRPα且含IgG的巨噬細胞；淺藍色為注射一次阻斷SIRPα但不含IgG的巨噬細胞+外部注射IgG；深藍色為注射兩次阻斷SIRPα且裝載IgG的巨噬細胞

然而，腫瘤微環境中含有高水平的膠原纖維，膠原密度相對較大，因此實體瘤組織會呈現出「堅硬」狀態，這與骨髓「柔軟稀疏」的環境相差很大[6]。而這種軟硬程度的不同會改變細胞表型[7]，影響巨噬細胞的吞噬作用[8]。因此，研究人員發現，這些改造過的巨噬細胞在腫瘤組織中生存一段時間後，會被「同化」為非吞噬性、高SIRPα的巨噬細胞。當它們全部被同化後，腫瘤又恢復了正常的生長速度。

研究的第一作者Cory Alvey博士介紹說，臨床試驗的第一階段就是測試療法的安全性，從這些實驗來看，他們認為這個方法進入臨床是很有希望的。Discher教授也表示，目前，他們主要希望在兩個方面進行改進，一個是將療法推及到其他的腫瘤模型中，看是否同樣發揮作用，另外就是想辦法儘可能延緩改造後的巨噬細胞被同化的速度[9]。

奇點糕設想著，未來或許有一種療法，可以像現在治療白血病時的骨髓捐獻一樣，將健康人的巨噬細胞改造後移植給癌症患者，幫助他們消滅實體瘤，抵抗癌症。

參考資料：

[1] Alvey C M, Spinler K R, Irianto J, et al. SIRPA-Inhibited, Marrow-Derived Macrophages Engorge, Accumulate, and Differentiate in Antibody-Targeted Regression of Solid Tumors[J]. Current Biology, 2017.

[2] Biswas S K, Mantovani A. Macrophage plasticity and interaction with lymphocyte subsets: cancer as a paradigm[J]. Nature immunology, 2010, 11(10): 889-896.

[3] Barclay A N, van den Berg T K. The interaction between signal regulatory protein alpha (SIRPα) and CD47: structure, function, and therapeutic target[J]. Annual review of immunology, 2014, 32: 25-50.

[4] Weiskopf, K., Ring, A.M., Ho, C.C.M., Volkmer, J.-P., Levin, A.M., Volkmer, A.K., Ozkan, E., Fernhoff, N.B., van de Rijn, M., Weissman, I.L., and Garcia, K.C. (2013). Engineered SIRPa variants as immunotherapeutic adjuvants to anticancer antibodies. Science 341, 88–91.

[5] Oldenborg, P.-A., Gresham, H.D., Chen, Y., Izui, S., and Lindberg, F.P. (2002). Lethal autoimmune hemolytic anemia in CD47-deficient nonobese diabetic (NOD) mice. Blood 99, 3500–3504.

[6] Egeblad, M., Rasch, M.G., and Weaver, V.M. (2010). Dynamic interplay between the collagen scaffold and tumor evolution. Curr. Opin. Cell Biol. 22, 697–706.

[7] Swift J, Ivanovska I L, Buxboim A, et al. Nuclear lamin-A scales with tissue stiffness and enhances matrix-directed differentiation[J]. Science, 2013, 341(6149): 1240104.

[8] Patel, N.R., Bole, M., Chen, C., Hardin, C.C., Kho, A.T., Mih, J., Deng, L., Butler, J., Tschumperlin, D., Fredberg, J.J., et al. (2012). Cell elasticity determines macrophage function. PLoS ONE 7, e41024.

[9] https://news.upenn.edu/news/penn-researchers-engineer-macrophages-engulf-cancer-cells-solid-tumors

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