原来T细胞也会“衰老”,中国科学家揭示调节T细胞衰竭的关键激酶
2020/09/10
改善T细胞衰竭和增强效应子功能是增进免疫疗法的有效策略。

内源性或转移的细胞毒性T细胞是抗肿瘤免疫的基本介质,持续的抗原暴露会使T细胞逐渐变成衰竭状态。了解如何防止T细胞衰竭,从而扩展其功能是目前免疫肿瘤学中最紧迫的问题之一。​

造血祖细胞激酶1(HPK1)是一种免疫抑制调节激酶,也是一种T细胞受体(TCR)的负调节因子,会破坏TCR信号复合体的稳定性。先前的研究表明,HPK1激酶可以抑制多种细胞的免疫功能,而灭活其结构域足以引发抗肿瘤免疫反应效应。这表明,HPK1是一个很有前途的肿瘤免疫治疗的候选靶点。 ​

2020年8月28日,清华大学廖学斌课题组与中山大学魏来课题组合作, 揭示了HPK1介导T细胞功能障碍,并且是T细胞免疫疗法的药物靶标。相关成果发表在《Cancer cell》上。​


https://doi.org/10.1016/j.ccell.2020.08.001 ​

在之前的研究中,研究人员已经证实,在25种不同类型癌症的肿瘤浸润性T细胞中,抑制性PDCD1(编码PD-1)受体和MAP4K1(编码HPK1)之间存在强烈的正相关关系。现通过进一步检测MAP4K1与肿瘤浸润性T细胞中的其他抑制性受体的相关性发现,不同癌症患者的MAP4K1与T细胞衰竭信号(CD3E、TIGIT、PDCD1、CTLA4、HAVCR2和LAG3)呈正相关,而检测患者肿瘤标本中抑制受体和HPK1的蛋白表达时也发现衰竭T细胞中HPK1表达上调。这些结果证实了HPK1与肿瘤浸润性T细胞耗竭呈正相关,提示HPK1可能是调节T细胞耗竭和抑制抗肿瘤免疫反应的关键激酶。​


不同癌症患者的MAP4K1表达及与T细胞衰竭信号相关性 ​

为了进一步验证HPK1对T细胞的抗肿瘤活性或肿瘤细胞生长的影响,研究人员检测了HPK1在肿瘤细胞中的表达,发现HPK1在肿瘤细胞中很少表达。研究人员采用B16OVA模型,发现与野生小鼠相比,MAP4K1细胞中OVA特异性CD8+肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)的数量增加,MAP4K1缺陷小鼠表现出脱颗粒标记物CD107a的表达增加,并在佛波醇PMA和离子霉素刺激下产生更多的颗粒酶B和干扰素-g(IFN-g)。因此, MAP4K1缺失的CD8+TILs不仅能减少衰竭,而且具有较强的抗肿瘤活性。​

之后研究人员进行相关机制研究,发现HPK1-Blimp1轴可驱动CD8+直到耗尽。研究人员先分析了肿瘤浸润性T细胞的RNA序列数据,发现HPK1基因敲除引起共抑制受体(如PDCD1、HAVCR2、LAG-3和CTLA-4)和凋亡相关基因(如ANXA1、FAS、BCL2L2、CASP3、CASP1和CASP4)的下调,细胞周期相关基因的上调(例如,GADD45B、CDKN2A、CDK2、CCNB1、MAD1L1、TFDP1、CDC25B和CDC25C),而小鼠体内蛋白表达水平也证实了该结果。 ​

此外,在黑色素瘤患者中,PRDM1(编码Blimp 1)和TOX与MAP4K1呈显著正相关。先前的研究证明,HPK1作为一种关键的TCR近端激酶发挥作用,其通过阳性细胞调节肿瘤浸润性T细胞衰竭Blimp1表达对T细胞活化进行调控,而本研究中的一系列实验也证实了这一结果。​


HPK1-Blimp1轴及HPK1与其他信号通路之间的相互作用 ​

之后,研究人员进一步探讨了HPK1对嵌合抗原受体(CAR-T)细胞功能的影响。他们发现,与敲除了PD-1的 CAR-T细胞相比, 敲除MAP4K1的 CAR-T细胞对肿瘤细胞的毒性显著增强。 ​

接下来,研究人员采用患者衍生的MM NSG小鼠模型,评估MAP4K1敲除的CAR-T细胞的临床前疗效和安全性。结果显示,与对照组相比,在体外培养的第7天,MAP4K1敲除的B细胞成熟抗原CAR-T细胞中TOX和GATA3的表达降低,TCF1的表达增加。此外,其可显著抑制肿瘤生长并延长小鼠存活期。与对照组相比,这种细胞显著产生的并不是更高的IL-6,而是更高的IFN-g和更少的IL-15,而且毒性更小。这些结果表明,敲除MAP4K1的CAR-T细胞明显地平衡了安全性和有效性。​


实验流程图 ​

鉴于​以上实验结果,研究人员开发了一系列HPK1的小分子抑制剂,最终发现ZYF0033对IC50小于10 nm的HPK1显示出良好的效价。​

在毒性研究中,ZYF0033也凸显出了较大的优势。在小鼠模型中, ZYF0033抑制肿瘤生长并导致肿瘤内DC、NK细胞和CD107A+CD8+T细胞浸润增加,但减少了调节性T细胞、PD-1+CD8+T细胞、TIM-3+CD8+T细胞和LAG3+CD8+T细胞的浸润。随后的药物化学优化开发出了蛋白水解靶向嵌合体(PROTAC)试剂SS47并进行了一系列的实验验证了其安全性和有效性。​

总结而言,遗传敲除、药理学抑制或PROTAC介导的HPK1降解在血液和实体瘤的各种临床前小鼠模型中提高了CAR-T细胞免疫疗法的功效。这些策略比在CAR-T细胞中遗传敲除PD-1更有效。​

改善T细胞衰竭和增强效应子功能是增进免疫疗法的有效策略。因此,开发HPK1抑制剂或通过PROTACs降解HPK1可能是肿瘤免疫治疗研究的新前沿。​

参考资料:​

[1] Hematopoietic Progenitor Kinase1 (HPK1)Mediates T Cell Dysfunction and Is a Druggable Target for T Cell-BasedImmunotherapies 

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