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【35under35】张渝医生:神经母细胞瘤:基于 GD2 靶点的免疫治疗进展

2022年07月26日
作者:张渝
医院:中山大学肿瘤防治中心

   

               
张渝
住院医师

中山大学肿瘤防治中心住院医师;
华南肿瘤学国家重点实验室助理研究员;
南开大学临床七年制优秀毕业生;
香港大学肿瘤学博士;
美国国立卫生研究院(NIH)访问学者;
北京癌症防治学会肺癌免疫治疗专委会会员;
北京乳腺病协会会员;
Associate Member of the AACR (American Association of Cancer Research);
Cancer Screening and Prevention 青年编委;
2017年获HKU Foundation Postgraduate Fellowship;
2019年获Bau Tsu Zung Bau Kwan Yeu Hing Research and Clinical Fellowship;
2022年入选博士后国际交流计划引进项目;
2018年-2022年间多次在AACR年会上进行壁报展示和交流;
近2年以第一作者在Nature Medicine、Frontiers in immunology、Oncogene等国际权威期刊发表文章3篇,以共同第一作者(顺位第二)在Nature Methods和Cell Death & Differentiation国际权威期刊发表文章2篇,累计影响因子114分;

神经母细胞瘤(neuroblastoma,NB)是儿童最常见的实体肿瘤之一,其发病率占所有儿童肿瘤的7-10%,死亡率占15%[1],其中高危患儿占比超过50%,且高危患儿的生存率显著降低[2]。经化疗、手术、清髓化疗后自体干细胞移植(ASCT)、放疗等多模式治疗后高危NB患者长期生存率仍小于50%[4]。


免疫治疗包括以下几种类型[5]:细胞因子,单克隆抗体,免疫检查点抑制剂,细胞治疗,生物工程溶瘤病毒或细菌和癌症疫苗。近年来,以单克隆抗体和免疫检查点抑制剂为代表的免疫疗法在很多成人肿瘤中频繁取得突破,而在神经母细胞瘤中,以GD2单抗为基础的免疫治疗也有初步探索结果。那么接下来,本文将从神经母细胞瘤的免疫特性,GD2蛋白的生物学特征,GD2单抗与其他治疗连用的疗效探索以及其他免疫疗法展望进行讨论。

一、神经母细胞瘤的免疫特性

临床上,一部分NB会经历自发消退/或分化、成熟,而另一部分肿瘤即使经过高强度的放化疗,也会迅速进展。低危NB通常呈现染色体整体增益,不伴有节段性变异或基因片段扩增,而高危伴转移的NB常伴有节段性变异或MYCN扩增[6]。与之对应的,高危和低危NB呈现两种截然不同的免疫特性。

低危患者的肿瘤呈现“热肿瘤”特征,大部分4S期或神经节NB的肿瘤细胞表达正常水平的HLAI类抗原,且肿瘤微环境中伴有较多的T细胞浸润以及肿瘤相关的淋巴滤泡(富集CD20+B细胞)[7]。此外,低危NB患者偶有伴发视阵挛-肌阵挛-共济失调综合征,这提示抗神经元抗体的存在。

高危NB呈现“冷肿瘤”的特征,诸多研究证实其可以通过以下几种方式实现免疫逃逸(图1):1)首先,免疫微环境中存在由肿瘤相关巨噬细胞(TAM)为主的抑制性细胞调控网络,TAM不仅可以直接通过Fas-FasL信号通路杀伤效应T细胞[8],还可以通过激活髓源性抑制细胞(MDSC)和调节性T细胞(Treg)破坏主动免疫反应[9-10]。2)其次,NB细胞通过下调HLAI类抗原,以及NK细胞表达的活化受体NKG2D[11],从而逃避T细胞和NK细胞的免疫监视。3)此外,NB细胞表面携带高水平的神经节苷脂和富含糖蛋白的唾液酸[12-13],这些携带大量负电荷的抗原表位几乎不具备免疫源性,有时甚至导致免疫抑制;4)高危NB患者的骨髓T细胞上高表达PD-1,同时肿瘤细胞高表达PD-L1/2,提示PD-1/PD-L1通路可能参与高危NB的免疫逃逸[14]。

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图 1: 高危神经母细胞瘤的免疫逃逸机制(图改编自 J Clin Oncol. 2020 Jun 1;38(16):1836-1848)。

二、GD2靶点的生物学特征

神经节甘脂GD2属于碳水化合物类抗原,在原发或转移性的NB中均特异性得高表达于肿瘤细胞膜。作为癌胚抗原,GD2在胚胎发育过程中高表达,出生后,其表达仅限于中枢神经系统,主要分布于神经元以及周围神经和皮肤黑色素细胞[15]。与单唾液酸神经节苷脂,如GM1或GM3不同,双唾液酸神经节苷脂GD2可激活RTK-c-Met信号通路,参与活化MEK/ERK和PI3K/Akt通路,促进肿瘤进展和迁移[16]。神经节甘脂和聚糖谱的表达异常可见于一些病理条件下,也在各类胚胎源性肿瘤中常见[17],如NB,脑瘤,视网膜母细胞瘤、尤文肉瘤、横纹肌肉瘤等等。抗GD2单克隆抗体在临床中取得了令人满意的效果,另外,以T细胞为基础的靶向GD2的免疫治疗,例如双特异性抗体(BsAbs)和CAR-T细胞治疗,已在不同高危NB患者群中进行探索。

三、GD2单抗与其他治疗连用的疗效探索

抗GD2单抗的研发经历了鼠源单克隆抗GD2抗体3F8(mu3F8,14G2a),人-鼠嵌合单克隆抗GD2抗体(ch14.18),和人源单克隆抗GD2抗体3F8(hu3F8)。mu3F8的探索已有25年,多项临床研究显示,其对于原发难治、首次缓解、二次缓解等高危神经母细胞瘤患者都能够带来显著获益。但是输注mu3F8后,患者会针对性产生人源抗小鼠抗体,潜在得中和了治疗性抗体。为了最大程度得降低免疫源性[18],人-鼠嵌合及完全人源化的单抗成为后续临床试验的主要种类。目前已上市的抗GD2单抗有三种,包括2种人-鼠嵌合抗体:达妥昔单抗(Dinutuximab)和达妥昔单抗β(Dinutuximabβ),和1种人源抗体:那西妥单抗(Naxitamab)。抗GD2单抗在早期研发阶段就确定采用联合治疗方案在不同高危NB患者群中进行探索。

(1)与粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)协同作用

抗GD2单抗的作用机制分为以下几个方面[19](图2):1)直接诱导肿瘤细胞死亡;2)Fcγ受体可激活NK细胞、中性粒细胞和巨噬细胞介导的抗体依赖性细胞毒作用(ADCC);3)补体介导的细胞毒作用(CMC);4)存在于NB细胞上的补体降解产物,还会引起补体依赖性细胞毒作用(CDCC)和吞噬作用(CDCP)。GM-CSF可刺激祖细胞向中性粒细胞和巨噬细胞分化,从而增强GD2单抗的ADCC作用。

201[20]和12-230[21]注册临床试验旨在评价那西妥单抗联合GM-CSF对于难治/复发难治的高危NB患者的治疗效果,201试验允许患者接受原发病灶放疗,而12-230试验则不允许对骨和软组织病灶进行放疗。截至目前,试验仍在继续,对201试验中入组的22例患者和12-230试验中31例患者的治疗效果进行分析,201试验中使用那西妥单抗联合GM-CSF治疗的ORR可达68%,12-230试验的ORR约为45%。不良反应主要包括可逆性神经性疼痛、过敏、发热、低血压、电解质紊乱和胃肠道症状。在已经入组的患者中,急性毒性反应温和可控,可在门诊对症处理。

另一项研究[22]显示,73例完全缓解的高危NB患者接受那西妥单抗联合GM-CSF治疗,2年OS高达90.6%,其中首次CR患者3年OS高达91.6%。

图2:抗GD2单抗的作用机制图(来自JClinOncol.2020Jun1;38(16):1836-1848)

(2)与其他靶点组成双特异性抗体(BsAbs)

以GD2为靶点的BsAbs应用前景广阔。为了解决TME中T细胞浸润少及功能低下的问题,科学家将抗GD2抗体与抗CD3抗体连接组成双特异性抗体(BsAb)定向激活T细胞。一项研究[23]开发了一种完全人源化的hu3F8-BsAb,其中抗CD3huOKT3单链Fv片段(ScFv)连接到抗GD2hu3F8IgG1轻链的羧基末端,并在Fc上的N297位点进行去糖基化,用以防止补体激活和细胞因子风暴。体内及体外实验证实,hu3F8-BsAb可通过经典免疫突触原位激活T细胞,发挥极强的杀伤NB细胞的效能,同时释放大量Th1细胞因子(如TNFα、IFNγ和IL2等)。将体外扩增激活的T细胞(ATCs)用hu3F8-BsAb武装后治疗NB小鼠异种移植物,可显著抑制肿瘤生长并延长小鼠生存期[24]。基于该hu3F8-BsAb在临床前模型中表现出色,目前相关Ⅰ/Ⅱ期临床试验(NCT03860207/NCT02173093)正在进行中。

 (3)与NK细胞过继疗法联用

NK细胞介导先天免疫反应,可以靶向并杀伤低表达甚至缺乏HLAI类分子的肿瘤细胞[25],转移性高危NB细胞中HLAI类抗原表达量较低,同时存在NK细胞激活受体配体[26],是NK细胞介导杀伤的理想靶点。但是NK细胞缺乏免疫记忆,作用时间短暂[27],临床前试验证实了单独回输NK细胞治疗效果有限,但是当与抗GD2ch14.18联合使用时,显著抑制了肿瘤生长并延长了小鼠的生存期[28],提示NK细胞对NB肿瘤细胞的杀伤主要不是依赖直接作用,而是通过ADCC效应介导的。一项试验[29]入组13名患者,旨在评价人源化抗GD2抗体(hu14.18K322A)与化疗和NK细胞联用在儿童复发/难治性高危神经母细胞瘤中的疗效,初步试验结果显示:客观缓解率为61.5%,中位PFS为274天,1年OS为77%。

Modak开展的一项Ⅰ期临床研究[30]对既往接受长春新碱、环磷酰胺和拓扑替康诱导化疗的NB患者,给予不同剂量的NK细胞和抗GD2m3F8治疗。在这项研究中,NK细胞分离后,使用IL-2体外扩增培养后输注。入组的35名患者中,10名患者达到CR/PR;中位PFS为7.4个月,高剂量NK回输组PFS更优;中位OS为30.7个月。此外,该研究证实NK细胞过继回输安全且耐受良好。 

(4)与免疫检查点抑制剂(ICI)联用

虽然NB细胞可通过免疫检查点介导免疫逃逸[19],但是PD1单药治疗在NB患者中疗效欠佳[31]。一项研究[32]报道了NB异种移植小鼠模型中,PD1抑制剂联合Ch14.18/CHO显著抑制了肿瘤生长、延长了小鼠生存期、并具有最强的抗NB毒性作用。机制上,PD-L1表达可显著抑制GD2单抗介导的ADCC效应,而阻断PD-1则逆转了PD-L1依赖性ADCC抑制。基于这一发现,GD2单抗与PD1单抗联用在神经母细胞瘤Ⅰ期临床试验正在开展(NCT02914405)。

(5)与化疗联用

西班牙巴塞罗那的SantJoandeDéu医院比较了那西妥单抗单药组(那西妥单抗+GM-CSF)与那西妥单抗联合化疗组(那西妥单抗+GM-CSF+伊立替康+替莫唑胺)在多线治疗失败的晚期高危NB中的疗效[33-34],发现联合化疗组疗效更优,其中在36例可评估患者中,2周后有17例达到客观缓解,其中CR11例,PR6例。1年无进展生存率为37.0%,1年总生存率为55%。

 (6)与CD47单抗联用

肿瘤微环境中的巨噬细胞可通过抗体介导的吞噬作用杀伤肿瘤细胞(图2),但很多肿瘤会高表达CD47,后者与巨噬细胞上的SIPRa受体结合,组成免疫检查点,传递“别吃我(Don’teatme)”信号,抑制巨噬细胞的吞噬作用[35]。抗CD47单抗Hu5F9-G4与利妥昔联用,可逆转非霍奇金淋巴瘤患者对利妥昔的耐药[36]。

今年2月,斯坦福大学团队在NatureMedicine上发文[37],汇报了一项旨在探索在NB的自发成瘤和异种移植小鼠模型中抗GD2和抗CD47组合的有效协同作用。研究发现在伴MYCN扩增的NB异体移植小鼠模型中,无论是GD2(达妥昔单抗)还是CD47(B6H12,小鼠IgG1抗体)单药都没有明显的抗肿瘤效果,联用后却能清除肿瘤并获得长期生存。此外,联合用药在小鼠中耐受良好。

两药联用的协同作用是由GD2单抗特异性得驱动巨噬细胞的活性实现动态平衡来完成的(图3)。首先,GD2单抗锚定于NB肿瘤细胞膜上引起细胞表面钙网蛋白表达上调,促进巨噬细胞对肿瘤细胞的直接吞噬作用。其次,GD2可与细胞表面的免疫抑制受体Siglec-7结合,引起免疫抵抗,而两药联用则打破这种免疫抑制。

这项研究具有很强的转化应用前景,GD2单抗与CD47单抗联用在神经母细胞瘤/骨肉瘤临床试验已经展开(NCT04751383)。

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图 3:抗 GD2 和抗 CD47 组合的协同作用机制图(来自 Nat Med 28, 333–344 (2022).)

四、其他免疫疗法展望

(1)CAR-(NK)T细胞治疗

早期临床试验证实CAR-T细胞治疗用于NB治疗是安全的,但是有效性欠佳[38]。但是CAR-T细胞治疗是一种有潜力的肿瘤治疗手段,与单克隆抗体相比,它可以兼顾抗原特异性和T细胞作用持久性和高效性。近来,免疫学家将IL-15细胞因子和诱导型安全开关基因caspase-9(iC9)整合到GD2CAR中[39],发现CAR-T细胞回输后呈现富含中枢记忆/干细胞样细胞表型,在体外和体内均表现出更强的持续存活和抗肿瘤能力。靶向B7-H3的CAR-T细胞注射液TAA06目前已经获得临床试验申请受理,正式开展儿童NB的临床研究。

寻找新型抗原靶点、构建双靶抗原CAR、采用NKT作为效应细胞、优化共刺激分子组合、改良细胞转导条件和体外扩增方法、改善免疫抑制微环境等策略有望提高CAR-T细胞的抗肿瘤活力,目前处于积极探索中。

(2)双价GD2/GD3肿瘤疫苗

GD2/GD3双价疫苗是由锁孔血蓝蛋白结合的乳糖化GD2/GD3和皂甙佐剂(OPT-821)组成,再加上口服β-葡聚糖,可产生有效滴度的抗GD2和抗GD3抗体。该疫苗在I期试验[40]中被证明是安全的,未出现剂量限制毒性。II期临床试验显示[41],对于经多线治疗仍出现疾病进展的高危NB患者,双价疫苗联合β-葡聚糖可产生强烈的抗体反应,而较高的抗GD2-IgG1滴度预示更好的OS和PFS;此外,患者生存预后良好,5年OS率达71%±7%。同时,102例入组患者未发生3级以上毒副反应。

总结与思考:

我国高危神经母细胞瘤患儿的5年生存率仍不50%,目前基于手术、化疗和放疗的标准治疗方案遭遇瓶颈,GD2单抗的引入开启了免疫治疗的新时代,那西妥单抗与其他方案联用正在各类临床研究中大放异彩,为治愈更多的高危患儿带来曙光。同时,探索新的联用靶点,改进治疗方案,减轻治疗毒副反应,摸索出真正造福患儿的中国模式是每一位同道的使命,期待和大家共同进步。



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