Nature子刊：突破常规！靶向细胞表面的聚糖进行自我毁灭，增强免疫治疗！

小奇

2020-09-09

免疫检查点抑制剂（ICI）治疗已经彻底改变了某些癌症的治疗方法。然而，第一代疗法（例如抗PD-1和抗CTLA-4）仅在较小的患者群体中有效，效果不尽人意，这不断激发了科学家进一步去开发抗肿瘤免疫新方法。

目前大部分ICI靶向的是细胞上的蛋白质检查点，但最近细胞表面糖基化已引起人们对免疫抑制作用的关注。癌细胞中细胞表面糖基化的改变普遍存在，唾液酸残基（我们体内九种基本单糖结构单元之一）的上调在癌症中尤为突出。类似于PD-1如何通过识别其配体PD-L1来抑制免疫反应，后者的阻断重塑了癌症治疗的前景，唾液酸残基充当了免疫抑制性唾液酸结合免疫球蛋白型凝集素（Siglecs）的配体。Siglec-唾液酸相互作用被认为是免疫细胞“自我”识别的一种形式，最近已成为糖免疫检查点。因此，癌症的过度唾液酸化可能是抑制抗肿瘤免疫力的关键机制。

PD-1和Siglecs受体

鉴于此，斯坦福大学Carolyn R. Bertozzi等人开发出一种在体内破坏Siglec-唾液酸相互作用的方法，可以作为一种靶向的自我毁灭手段。成果以题为“Targeted glycan degradation potentiates the anticancer immuneresponse in vivo”发表于Nature Chemical Biology上。

之前直接用唾液酸酶

细胞表面糖基化的异质性和多个Siglecs的潜在参与是进行阻断Siglec-唾液酸相互作用的一个挑战。在之前工作中，Xiao等人的研究（PNAS 113,10304–10309 (2016)）表明，曲妥珠单抗（一种用于治疗乳腺癌的抗体）与唾液酸酶化学连接，可以在体外使HER2⁺癌细胞脱去唾液酸，从而导致Siglec配体的去除并增加癌细胞的自然杀伤（NK）细胞杀伤力。

PNAS 113, 10304–10309(2016)

克服两个挑战

Carolyn R. Bertozzi等人在本文中需要克服两个挑战，才能在体内实现转化此概念。

1）第一个挑战是，先前使用的唾液酸酶的方法不太理想，它既不能使细胞去唾液酸，也无法被抗体靶向，这可能是由于其低K_m值和凝集素结构域。通过对其他几种细菌唾液酸酶的筛选，作者从鼠伤寒沙门氏菌中找到了一个合适的候选酶，它具有较高的K_m值并且缺乏凝集素结构域。

先前报道的T-Sia1和本文使用的T-Sia 2

2）第二个挑战是抗体和酶之间先前使用的肟键的不稳定性。通过使用肼-异-皮克特·斯潘格勒（HIPS）化学方法，他们能够用碳-碳键有效取代肟，从而大大增强了稳定性。

图|T-Sia2的合成

作者使用这种第二代抗体-酶融合体，即曲妥珠单抗-唾液酸酶偶联物2，称为T-Sia 2，在移植了同系HER2⁺癌细胞的小鼠模型中，作者观察到肿瘤生长延迟，这与肿瘤上唾液酸减少有关。T-Sia 2对靶向去唾液酸化反应的延迟肿瘤生长与增强的抗肿瘤免疫力有关，其特征是肿瘤浸润白细胞（TILs）的数量增加。

靶向体内肿瘤脱唾液酸化

为了研究阻断的Siglec-唾液酸相互作用参与增强的抗肿瘤免疫力，作者考虑了Siglecs在小鼠和人类之间的差异。本文研究清楚地证明，NK细胞上的Siglec-7和Siglec-9可以与癌细胞上的唾液酸配体结合，从而在体外抑制免疫细胞的杀伤力。然而，尚无令人信服的数据出现在小鼠NK细胞上表达Siglecs。在其他免疫细胞类型上，例如在肿瘤浸润性巨噬细胞，CD8⁺ T细胞和嗜中性粒细胞中，提出了Siglecs作为糖免疫检查点的作用。在小鼠中，这些细胞类型共有的Siglec是Siglec-E，其被认为是人Siglec-9的功能性直系同源物。因此，作者在Siglec-E^-/-小鼠中重复T-Sia 2治疗，发现响应于T-Sia 2治疗的延迟肿瘤生长情况失效了。还值得注意的是，Siglec-E^-/-小鼠的肿瘤生长本身就比较慢。通过对TIL的分析，在CD11b+骨髓细胞上发现了Siglec-E的表达，并且先前报道了嗜中性粒细胞上的Siglec-E具有抗肿瘤作用。本文的方法能够破坏体内肿瘤上Siglec-唾液酸的相互作用，从而有针对性地破坏癌症能够上调的自相关分子模式。

T-Sia 2疗法依赖于功能性Siglec-E

Carolyn R. Bertozzi等人报道的增强的抗肿瘤免疫力类似于先前使用小鼠体内肿瘤内递送的唾液酸转移酶抑制剂的观察结果。相反，大肠癌细胞中全基因消融唾液酸生物合成物导致体内肿瘤生长增强，肿瘤浸润性CD8 ⁺ T细胞数量减少。虽然酶促去唾液酸化永远不会完全丧失唾液酸，但这些结果表明可能存在最佳程度的去唾液酸化。

阻止Siglec与配体相互作用的另一种策略是抗Siglec抗体。Carolyn R. Bertozzi等人提出的方法的优点是可以消除多个Siglec-配体相互作用。此外，癌症中的高度唾液酸化可能通过保护肿瘤免受补体沉积和癌细胞固有的机制而以其他方式使肿瘤受益。在这方面，有趣的是，Carolyn R. Bertozzi等人进行的两个对照（不能与Fcγ受体结合的曲妥珠单抗和带有唾液酸酶的同种型对照抗体）在体内显示出部分功效，表明T-Sia 2可能具有多种作用机制。

小结与展望

抗体-药物偶联物（ADC）是一类不断增长的药物，有趣的是，首批批准的ADC（Mylotarg）是靶向Siglec（CD33）进行癌症治疗。为了产生化学定义和稳定的ADC用于小分子药物时都一直具有挑战性，对于货物是大蛋白质时，这提出了更大的挑战。本文提出的模块化连接策略可以实现在抗体和蛋白质之间产生化学定义和稳定的连接。

尽管如此，仍然存在改进的空间，因为单拷贝的唾液酸酶具有最佳活性，然而分离的结合物是含有0,1和2唾液酸酶的混合物。看看人类神经氨酸酶是否可以被设计成执行相同的功能也是非常有趣的，这将使对抗药物抗体开发的担忧降到最低。与传统的免疫检查点封锁相结合，对破坏糖免疫检查点的这种策略的评估将更加令人兴奋。

参考文献：

1.Gray, M.A., Stanczak, M.A., Mantuano, N.R. et al. Targeted glycan degradationpotentiates the anticancer immune response in vivo. Nat Chem Biol (2020).

https://doi.org/10.1038/s41589-020-0622-x

2.Rodrigues, E., Macauley, M.S. Targeted self-destruction. Nat Chem Biol (2020).

https://doi.org/10.1038/s41589-020-0612-z