留胡子的豆腐

V1

2022/05/21阅读:84主题:萌绿

递送STING-mRNA-LNP,激活干扰素信号通路,火烧冷肿瘤。

递送STING-mRNA-LNP,激活干扰素信号通路,火烧冷肿瘤。

当前,包括PD1/PDL1,CTLA-4抑制剂在内的一些肿瘤治疗方法在试图攻克侵袭性癌症(aggressive cancers),例如PDAC(导管胰腺癌)和MCC(默克细胞癌),但是都无法产生持续的治疗效果,而且还会产生耐受治疗的情况。因此,急需探索新型治疗手段来应对此类致死性的癌症。处于免疫抑制状态的肿瘤一直是癌症治疗的难题。激活肿瘤细胞内的STING信号通路可以将“冷”肿瘤微环境转为“热”肿瘤微环境,也就是将肿瘤组织所处的免疫抑制环境转变为免疫激活环境。研发人员发现在许多癌症中,例如PDAC和MCC,STING(干扰素基因刺激蛋白)是被沉默掉的。2022年1月12号,宾州大学Jianxin You和Drewss Weissman共同在BioRxiv上传文章:Lipid nanoparticles delivering constitutively active STING mRNA as a novel anti- cancer therapeutic approach,利用mRNA技术,在PDAC/MCC细胞中表达永久激活的STING-R248S突变体,启动干扰素信号通路,从而释放细胞因子和趋化因子,促进CD8+T 细胞的瘤内侵润。尤其重要的是,STING-R248S-mRNA-LNP在引起大量癌细胞死亡的同时并不会进入到T细胞内,避免T细胞毒性。通过这项工作,我们可以看到利用mRNA-LNP向肿瘤细胞递送STING-R248S,重启抗肿瘤免疫反应,同时克服传统STING 激动剂的毒性和限制性,这将有望成为治疗那些缺乏STING信号通路的癌症的有效手段。

STING信号通路

STING是天然免疫反应和抗肿瘤反应中非常重要的调控因子。经典的STING信号通路可以识别死细胞、肿瘤细胞以及病原体释放的dsDNA,线粒体DNA。这些dsDNA会被cGAS(环化GMP-AMP合成酶)识别,同时合成能够结合并且激活STING的2‘-3’cGAMP。在受到病原体相关模式分子(PAMPs)或者损伤相关的模式分子(DAMPs)刺激后,STING激活I型或者III型干扰素(IFNs)和促炎细胞因子的转录,起始天然免疫反应。在癌症细胞中,经常存在大量的损伤DNA。这些损伤DNA会刺激产生依赖STING信号通路诱导的IFNs和抗肿瘤细胞因子/趋化因子(CXCL10和CCL5)。IFNs会刺激抗肿瘤T细胞的增值、对肿瘤组织侵润渗透以及直接杀伤,而CXCL10和CCL5对于募集肿瘤反应活性的T细胞具有非常重要的作用。因此,激活STING信号通路被证明是一种转变肿瘤微环境的非常有前景的治疗手段,能够把免疫抑制状态的“冷”肿瘤微环境转变为免疫激活状态的“热”肿瘤微环境。

SING信号通路,图片源自The cGAS-STING Pathway: Novel Perspectives in Liver Diseases.
SING信号通路,图片源自The cGAS-STING Pathway: Novel Perspectives in Liver Diseases.

“冷”肿瘤

肿瘤免疫抑制一直是癌症免疫治疗的大难题,给许多恶性肿瘤的临床治疗带来巨大挑战。胰腺癌每年会造成43万人死亡,属于全球最致命的肿瘤之一。98%的胰腺癌患者对于PD-1/PD-L1免疫检查点阻断疗法是耐受的。几乎没有任何有效的治疗手段来对付晚期胰腺癌。

胰腺癌细胞会处于一种高度免疫抑制的肿瘤微环境,从而抑制免疫系统的攻击和抵抗免疫疗法,因此将这种类型的肿瘤划归为不具有免疫原性的“冷肿瘤”。一般来说,能够侵润肿瘤组织的CD8+毒性T细胞和病人的存活能力直接相关。然而,大多数胰腺癌患者的肿瘤微环境中缺乏具有侵润能力的效应CD8+T细胞。

研发人员发现,在许多癌症中,例如导管胰腺癌(PDAC)和合默克细胞癌(MCC)STING被沉默或者表达下调。为进行进一步的验证,Jianxin You组通过免疫染色检查来自7个PDAC病人的肿瘤组织,发现有3个肿瘤组织(1780/4476/4021)几乎检测STING。有2个病人的肿瘤组织中(1589/3917),尽管在缺乏CD19(PDAC标记物)的细胞中可以检测到STING表达,但是在表达CD19的细胞中是检测不到STING表达。剩余的2个病人的肿瘤组织(3791/1832)检测到STING正常表达。这些结果表明在一些PDAC细胞中STING的表达被沉默或者下调。

在2020年发表在PNAS的文章中,Jianxin You组重新激活STING,会刺激抗肿瘤炎症因子合趋化因子的释放,激活细胞毒性T细胞,清除MCC细胞。基于MCC细胞中的成功,他们想靶向激活STING信号通路,促进抗肿瘤细胞毒性,提升肿瘤免疫原性,开发出一种针对STING处于沉默状态的“冷”肿瘤的免疫治疗方法。

在一些PDAC肿瘤组织中STING表达下调。
在一些PDAC肿瘤组织中STING表达下调。

无效的STING激动剂

近期有许多阐述cGAS-STING信号通路抗肿瘤作用的研究工作,他们发现在多种小鼠肿瘤模型,一些STING激动剂能够刺抗肿瘤免疫反应,激活CD8+T细胞和自然杀伤性细胞,触发肿瘤组织的衰退。不幸的是,一些关于STING激动剂的临床试验并未显示良好的结果。在不同肿瘤组织中,STING基因表达水平的差异可能导致小鼠肿瘤模型和临床试验结果之间不一致的现象。尽管STING在许多小鼠肿瘤细胞系中高效表达,例如CT26和B16-F10,但是,Jianxin You组以及其他小组发现,在几种人的癌症细胞中,STING基因是被沉默掉的。有研究已证实,在B16-F10细胞中敲除STING基因会导致对免疫治疗产生耐受。尽管许多研究显示STING是一个非常有前景的癌症治疗的靶标,但是,SITING激动剂在缺乏SITNG的肿瘤细胞中可能是无效的。

##利用mRNA-LNP引入高活性的STING突变体

在多种系统性自发炎症疾病中,会出现具有持续高活性的STING突变体,能够触发过度的IFN反应,吸引大量促炎症细胞,从而导致自发性免疫疾病。为解决传统STING激动剂的局限性,Jianxin You组想在STING沉默的PDAC细胞中导入具有持续活性的STING突变体来激活STING信号通路,诱发抗肿瘤免疫反应,即利用具有永久活性的STING突变体来“加热“缺乏STING的“冷”肿瘤。

病毒载体无法将STING-R248S递送到肿瘤细胞中,因为携带STING-R248S突变体会激活STING信号通路,抑制病毒载体的包装过程。mRNA-LNP可以用来递送外源基因到癌症细胞中进行表达,并且可以触发偏向TH1的细胞免疫反应。因此,Jianxin You组在这这篇文章尝试用LNP递送STING-R248S-mRNA癌细胞中,启动抗肿瘤免疫反应。

在最初的测试中,发现用STING-R248S-mRNA-LNP转染PDAC细胞后,并没有观察到STING的表达。他们怀疑可能是体外培养的组织无法分泌载脂蛋白APOE4,因此将mRNA-LNP和APOE4混合,发现会显著提升STING-mRNA转染效率,而且还存在APOE4剂量依赖效应。与转染STING-WT-LNP相比,转染STING-R248S-LNP会刺激PDAC细胞分泌大量的抗肿瘤细胞因子。更加重要的是,转染STING-R248S-LNP会提升切割后的caspase-3 ,显著抑制PDAC细胞的增值速率。

APOE4在细胞摄取LNP时发挥非常重要的作用。
APOE4在细胞摄取LNP时发挥非常重要的作用。
向PDAC细胞中递送STING-R248S-mRNA-LNP,激活抗肿瘤细胞因子的释放,杀死PDAC细胞。
向PDAC细胞中递送STING-R248S-mRNA-LNP,激活抗肿瘤细胞因子的释放,杀死PDAC细胞。

总结

通过Jianxin You组这次的研究工作,我们可以看到STING-R248S-mRNA-LNP是一种非常有前景的癌症免疫疗法。这篇文章的数据主要是在细胞水平拿到的,所有未来还需要在体内进行进一步的验证。

(1)与野生型SITNG相比,STINGR284S突变体能够更加敏感地响应cGAMP。当被递送到肿瘤细胞后,STINGR284S突变体还可以被肿瘤细胞中存在的损伤DNA进一步激活,触发强烈的抗肿瘤活性。因此不需要额外的STING激动剂去激活STINGR284S突变体。

(2)胰腺癌病人体内存在非常少的肿瘤组织特异性的新生抗原(neoantigens),STING-R248S-mRNA-LNP会引起肿瘤细胞的死亡。抗原递呈细胞APC摄取死亡的细胞释放出来的肿瘤组织特异性的新生抗原,呈递给T细胞,从而诱发系统性的抗肿瘤免疫反应,扩大对肿瘤的杀伤作用。这一过程,还可以触发适应性的抗肿瘤免疫,提供长久的免疫记忆,阻止肿瘤细胞远距离的迁移。

(3)通过瘤内注射STING-R248S-mRNA-LNP的局部递送,来克服递送组织特异性的问题。虽然过表达STING能够引起T细胞的死亡,但是,T细胞对于mRNA-LNP转染不敏感。因此,STING-R248S-mRNA-LNP能够抑制癌细胞的增值,但是无法抑制CD8+T细胞的增值。

(4)mRNA-LNP具有天然的佐剂效应,激活滤泡辅助T细胞(Tfh),活化增值效应CD8+T细胞。

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