《自然》：首次发现CD4＋T细胞可以抑制癌细胞周期，直接发挥抗肿瘤作用

众所周知，T细胞是抗肿瘤的主力军之一。

目前主流的肿瘤免疫疗法包括免疫检查点抑制剂、CAR-T细胞等，基于此，我们对CD8+T细胞在抗癌中的贡献已经有了很好的认知[1-3]，但是我们对CD4+T细胞除了辅助作用之外的功能了解得还不是很充分。

近日，由赛诺菲和Mode X Therapeutics研发部门的Lily Pao博士、Zhi-yong Yang博士、Gary J. Nabel博士领衔的研究团队，在《自然》上发表重要研究成果[4]。

他们发现靶向HER2和T细胞的HER2/CD3×CD28三特异性抗体，不仅能够促进CD8+T细胞对乳腺癌细胞的杀伤，还能够以CD4+T细胞依赖的方式直接抑制肿瘤细胞的分裂，从而达到抑制肿瘤生长的效果。他们的研究成果提示CD4+T在辅助作用之外还具备直接的抗肿瘤功能。

论文首页截图

多特异性抗体是新兴的肿瘤免疫治疗药物，通过人工设计使Y型抗体的双臂分别靶向不同的抗原，从而使一个抗体能够结合单个细胞或多个细胞上的不同抗原。多特异性抗体依靠阻断免疫抑制性受体，或将免疫细胞拉近肿瘤细胞并激活免疫细胞等机制发挥抗肿瘤作用[5]。

本研究构建的三特异性抗体

HER2是人类表皮生长因子受体酪氨酸激酶家族的成员，在一些乳腺癌、胃癌的肿瘤细胞中高表达，这使得我们可以使用靶向HER2的单克隆抗体对患者进行治疗[6,7]；而在三阴性乳腺癌中，HER2的表达显著下调，对靶向HER2的单抗疗法产生耐药性[8]。因此，我们需要更加有效的治疗手段克服HER2低表达肿瘤对靶向HER2疗法的耐药性。

Nabel团队想借助多特异性抗体的力量，将T细胞引导至HER2+肿瘤细胞身旁，并将T细胞激活，促进它对肿瘤细胞的杀伤。考虑到T细胞均表达CD3和CD28分子，他们构建了HER2/CD3×CD28三特异性抗体。

在体外测试中发现该抗体可以刺激T细胞产生IL-2、激活NF-κB通路，并能够介导T细胞以抗原特异性的方式杀伤HER2+肿瘤细胞。同时，他们注意到该抗体介导T细胞对肿瘤细胞的杀伤能力与肿瘤细胞上HER2的表达水平呈正相关。

三特异性抗体在体外激活T细胞，诱导T细胞杀伤HER2阳性肿瘤细胞

为了研究这个三特异性抗体在体内的治疗效果，Nabel团队给荷瘤的重度免疫缺陷小鼠转输人原代T细胞，随后给予三特异性抗体治疗。结果显示，不论是HER2高表达肿瘤，还是HER2低表达肿瘤，在使用抗体治疗后肿瘤的生长都被有效抑制。这些数据提示该抗体具有治疗HER2低表达肿瘤的潜力。

那么在治疗过程中到底是哪一群细胞发挥了主要作用呢？

Nabel团队分别向荷瘤小鼠转输了人CD3+混合T细胞、CD4+T细胞或CD8+T细胞，并使用三特异性抗体治疗。最终发现，接受三特异性抗体治疗后，转输CD3+混合T细胞和CD4+T细胞的小鼠肿瘤几乎完全消失，而仅转输了CD8+T细胞的小鼠肿瘤几乎没有得到抑制。这可能是由于在该实验体系中CD8+T细胞缺少Th细胞的辅助，存活率下降。

三特异性抗体在人源化小鼠模型中展现治疗效果

到这里Nabel团队注意到一个有趣的现象，仅有CD4+T存在的情况下，肿瘤的生长完全被抑制了！

为了进一步探究背后的原因，Nabel团队将CD4+T细胞与HER2+肿瘤细胞共培养24小时。结果显示，在有三特异性抗体存在的情况下，CD4+T细胞十分有效地抑制了肿瘤细胞的分裂，使肿瘤细胞的细胞周期停滞在G1/S期。而CD8+T细胞则不具备抑制细胞周期的能力。

这些数据表明CD4+T细胞可以通过使肿瘤细胞的细胞周期停滞的方式抑制肿瘤生长。同时也说明，三特异性抗体可以通过不同但是互补的机制，刺激CD4+T和CD8+T细胞抑制肿瘤生长。

在有三特异性抗体的情况下，CD4+T细胞使肿瘤细胞的细胞周期停滞在G1/S期

那三特异性抗体为什么能使肿瘤细胞的细胞周期会陷入停滞呢？

Nabel团队对和T细胞共孵育24小时的肿瘤细胞进行了RNA测序。数据分析结果显示，在三特异性抗体存在的情况下，与CD4+T细胞共孵育的肿瘤细胞中，与细胞周期和细胞分裂有关的基因表达显著下调，而促炎反应——TNF-α和IFN-γ途径——的基因显著上调。这与CD4+T细胞抑制肿瘤细胞分裂的现象一致。

既然使用抗体刺激CD4+T细胞会促使其分泌大量IFN-γ和TNF-α，那么到底是那种细胞因子介导了对肿瘤细胞分裂的抑制呢？通过体外阻断实验，Nabel团队发现，当使用抗体中和TNF-α后，CD4+T细胞抑制肿瘤细胞生长的能力就被极大地削弱了（但是CD8+T细胞则不会被削弱）。这说明CD4+T细胞是通过分泌TNF-α来抑制肿瘤细胞的细胞周期。

CD4+T细胞通过分泌TNF-α抑制肿瘤细胞生长

总的来说，这项研究不仅构建了一种能够诱导T细胞攻击HER2低表达肿瘤细胞的三特异性抗体，还首次发现CD4+T细胞可以通过直接抑制肿瘤细胞的细胞周期发挥抗肿瘤作用，这是一种先前没有认识到的抗肿瘤免疫机制。

同时也提示后续的研究应该对CD4+T细胞的作用加以关注，这将有助于我们开发出同时提高CD4+T和CD8+T细胞抗肿瘤活性的药物，达到更好的治疗效果。

参考文献：

2. Porter DL, Levine BL, Kalos M, Bagg A, June CH. Chimeric antigen receptor-modified T cells in chronic lymphoid leukemia [published correction appears in N Engl J Med. 2016 Mar 10;374(10):998]. N Engl J Med. 2011;365(8):725-733. doi:10.1056/NEJMoa1103849

3. Sharma P, Allison JP. The future of immune checkpoint therapy. Science. 2015;348(6230):56-61. doi:10.1126/science.aaa8172

6. Berchuck A, Kamel A, Whitaker R, et al. Overexpression of HER-2/neu is associated with poor survival in advanced epithelial ovarian cancer. Cancer Res. 1990;50(13):4087-4091

7. Slamon DJ, Clark GM, Wong SG, Levin WJ, Ullrich A, McGuire WL. Human breast cancer: correlation of relapse and survival with amplification of the HER-2/neu oncogene. Science. 1987;235(4785):177-182. doi:10.1126/science.3798106

8. Pohlmann PR, Mayer IA, Mernaugh R. Resistance to Trastuzumab in Breast Cancer. Clin Cancer Res. 2009;15(24):7479-7491. doi:10.1158/1078-0432.CCR-09-0636

责任编辑丨BioTalker