浙江大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院/醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院王本課題組與良渚實(shí)驗(yàn)室/浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張進(jìn)課題組合作，在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表了題為：Targeted glycan degradation potentiates cellular immunotherapy for solid tumors 的論文。
該研究發(fā)現(xiàn)了唾液酸酶與人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）來源的CAR-巨噬細(xì)胞（CAR-iMac）聯(lián)用可以顯著增強(qiáng)CAR-iMac的抗實(shí)體瘤功能。另外，同時(shí)敲除巨噬細(xì)胞表面與唾液酸酶結(jié)合的免疫檢查點(diǎn)Siglec-5和Siglec-10（DKO-CAR-iMac）也可以顯著增強(qiáng)CAR-iMac的抗實(shí)體瘤功能。
這些發(fā)現(xiàn)為髓系細(xì)胞在細(xì)胞免疫治療上的應(yīng)用提供了新思路。CAR-T細(xì)胞療法先驅(qū)、賓夕法尼亞大學(xué)的 Carl June 教授是這篇論文的責(zé)任編輯。
外周血單核細(xì)胞（PBMC）來源的原代巨噬細(xì)胞無法高效進(jìn)行基因編輯和工程化改造，因此iPSC來源的巨噬細(xì)胞（iMac）成為髓系細(xì)胞免疫治療的重要來源。研究團(tuán)隊(duì)首先用唾液酸酶預(yù)處理卵巢癌細(xì)胞SKOV3，并將SKOV3細(xì)胞與靶向間皮素的CAR-iMac（MSLN-CAR-iMac）共培養(yǎng)。結(jié)果表明，唾液酸酶的預(yù)處理不會(huì)影響腫瘤細(xì)胞自身的生長(zhǎng)速度，但可以顯著提高M(jìn)SLN-CAR-iMac對(duì)卵巢癌細(xì)胞的吞噬能力。研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，唾液酸酶的預(yù)處理提高了共培養(yǎng)體系中M1型CAR-iMac的比例和腫瘤壞死因子α（TNF-α）的分泌（圖1）。
圖1. 唾液酸酶提高了CAR-iMac的促炎極化水平和對(duì)腫瘤細(xì)胞的吞噬能力
研究團(tuán)隊(duì)還用NSG小鼠構(gòu)建了卵巢癌轉(zhuǎn)移小鼠模型，并觀察了通過腹腔注射CAR-iMac和唾液酸酶治療后小鼠腫瘤的變化。可以看到，單獨(dú)的唾液酸酶幾乎沒有治療作用，而唾液酸酶與CAR-iMac聯(lián)用可以顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)并延長(zhǎng)了小鼠的生存期（圖2）。后續(xù)在胰腺癌小鼠模型中與原位卵巢癌小鼠模型中也分別觀察到唾液酸酶與CAR-iMac聯(lián)用可以顯著延長(zhǎng)小鼠的生存期（圖3）。
圖2. 在卵巢癌轉(zhuǎn)移小鼠模型中，唾液酸酶與CAR-iMAC聯(lián)用可以顯著提高療效
圖3. 在原位卵巢癌小鼠模型中，唾液酸酶與CAR-iMAC聯(lián)用可以顯著提高療效
為了探索唾液酸酶增強(qiáng)CAR-iMac抗腫瘤功能的機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)分析了iMac分化過程中和iMac與腫瘤細(xì)胞共培養(yǎng)過程中各種唾液酸酶受體Siglecs的表達(dá)情況，將可能發(fā)揮作用的唾液酸酶受體定位在Siglec-1、Siglec-5、Siglec-10和Siglec-15。又進(jìn)一步通過中和抗體試驗(yàn)定位于Siglec-5和Siglec-10兩個(gè)唾液酸酶受體。于是，研究團(tuán)隊(duì)利用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)在iPSC中同時(shí)敲除了Siglec-5和Siglec-10，并通過誘導(dǎo)分化獲得Siglec-5和Siglec-10雙敲除的CAR-iMac（DKO-CAR-iMac）。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DKO-CAR-iMac具有增強(qiáng)的腫瘤細(xì)胞吞噬能力和殺傷能力，顯著抑制小鼠體內(nèi)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，并延長(zhǎng)了小鼠的生存期。DKO-CAR-iMac單獨(dú)給藥的療效可以達(dá)到CAR-iMac與唾液酸酶聯(lián)用的療效，而且DKO-CAR-iMac與唾液酸酶聯(lián)用無法進(jìn)一步提升其療效（圖4）。
圖4. DKO-CAR-iMac具有增強(qiáng)的抗腫瘤療效
綜合來看，該研究發(fā)現(xiàn)了腫瘤細(xì)胞表面的唾液酸在抗體依賴性細(xì)胞吞噬（ADCP）和細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性（ADCC）中的抑制作用，有針對(duì)性地清除腫瘤細(xì)胞表面的唾液酸顯著增強(qiáng)了巨噬細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的敏感性。此外，以腫瘤靶向分子為載體的唾液酸酶偶聯(lián)物能夠有效且選擇性地去除各種腫瘤細(xì)胞的不同唾液酸糖鏈，去唾液酸化增強(qiáng)了CAR-iMac的浸潤(rùn)和激活，并且在卵巢癌和胰腺癌小鼠模型中觀察到顯著增強(qiáng)的腫瘤抑制能力和顯著延長(zhǎng)的小鼠生存期。這些效應(yīng)主要依賴于巨噬細(xì)胞表面Siglec-5和Siglec-10免疫檢查點(diǎn)的阻斷。Siglec-5和Siglec-10雙敲的CAR-iMac（DKO-CAR-iMac）也具有顯著增強(qiáng)的腫瘤殺傷能力。因此，唾液酸酶聯(lián)合CAR-iMac，或者敲除CAR-iMac上的免疫檢查點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)巨噬細(xì)胞對(duì)實(shí)體腫瘤高效殺傷的有效方法。
圖5. 唾液酸酶和DKO-CAR-iMac的作用機(jī)制示意圖
浙江大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院/醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院的王本教授和良渚實(shí)驗(yàn)室/基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院/醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院張進(jìn)研究員是本文的共同通訊作者。王本課題組的2018級(jí)博士生伍繼成（現(xiàn)武漢大學(xué)附屬人民醫(yī)院腫瘤內(nèi)科醫(yī)生）、張進(jìn)課題組的2018級(jí)博士生王旭東（已畢業(yè)）和王本課題組的2020級(jí)碩士生黃裕喬為該論文共同第一作者。其他作者包括王本課題組的張?jiān)凭?、壽昊、王浩然和張進(jìn)課題組的蘇鍶鈺都為本研究做出了重要貢獻(xiàn)。本研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和中央高校基本科研經(jīng)費(fèi)支持。
