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利用TNFR2拮抗劑消除腫瘤

 生物學渣 2020-11-05

拮抗劑(antagonist)與受體結合后本身不引起生物學效應,,但阻斷該受體激動劑介導的作用,。根據(jù)是否可逆性地與結合到受體的激動劑發(fā)生競爭,拮抗劑可以分為兩類,。

拮抗劑分類

從區(qū)別競爭性拮抗和非競爭性拮抗角度看,,競爭性拮抗劑的效應可以被增加激動劑濃度所對抗,,而非競爭性拮抗劑的效應不能被增加激動劑對抗;競爭性拮抗劑能提高ED50值,,而非競爭性拮抗劑不能,。

競爭性拮抗劑

藥物與受體有親和力但不產(chǎn)生受體激動效應,可以阻止激動劑與該受體的結合,。在激動劑濃度固定時,,提高可逆性競爭性拮抗劑的濃度可以逐漸抑制激動劑產(chǎn)生的反應。在達到一個高濃度時,,拮抗劑可以完全阻止反應的發(fā)生,。反之,足夠高濃度的激動劑能夠移去一定濃度的拮抗劑的作用,,仍然可以達到最大效應Emax,。因為拮抗作用是競爭性的,拮抗劑的存在使得激動劑要達到一個特定的反應高度時,,需要提高濃度,這就使激動劑濃度-效應曲線平行右移,。還有一些拮抗劑除了具有阻止激動劑與受體的結合以外,,還能夠抑制受體的固有活性。從治療學角度看,,這種競爭性拮抗具有的意義為:①競爭性拮抗劑的抑制程度依賴于拮抗劑的濃度,。根據(jù)進入體內(nèi)的藥物濃度調(diào)節(jié)用藥量,對產(chǎn)生需要的治療效應是有意義的,。②對一種拮抗劑的臨床反應取決于與受體結合的激動劑的濃度,。

非競爭性拮抗劑

結合到受體蛋白上與激動劑結合位點不同的部位,阻止激動劑引起受體激動的藥物,。在量效關系曲線圖上,,非競爭性拮抗通常降低反應曲線的坡度和高度,也引起一定程度的反應曲線右移,。能夠結合到受體蛋白有別于激動劑結合部位的藥物,,通常被稱為變構調(diào)節(jié)劑變。構調(diào)節(jié)劑能夠改變受體功能,,但不激動受體,,苯二氮卓類藥物是一個典型例子 。

腫瘤壞死因子(TNF)超家族蛋白是一系列免疫細胞互相協(xié)調(diào)的關鍵蛋白,。這個家族中的許多成員都成為了腫瘤免疫治療的標靶,。今天我們要說的TNFR2也是其中之一。

TNFR2的表達與結構

TNFR2,,也叫CD120b或者p75,,全名為 Tumor necrosis factor receptor 2,,是腫瘤壞死因子(TNF)受體超家族成員,能夠通過富含細胞半胱氨酸的結構域結合腫瘤壞死因子(TNF),。

TNFR2是單程跨膜糖蛋白,,由439個氨基酸組成,其中前235個氨基酸形成包含四個富含半胱氨酸基序的胞外結構,,30個氨基酸形成跨膜結構域,,后174個氨基酸形成具有TRAF2結合位點的胞內(nèi)結構[1]。

TNFR2蛋白由TNFRSF1B基因編碼,。人TNFRSF1B基因位于1號染色體1p36.22,。小鼠同源基因Tnfrsf1b位于小鼠4號染色體。

TNFR2的表達僅限于抑制性免疫細胞,,尤其是調(diào)節(jié)性T細胞(Tregs),,髓系抑制性細胞(MDSCs),內(nèi)皮細胞和生長過程中的選擇神經(jīng)元,。此外,,TNFR2也在腫瘤細胞中表達[2-4]。

TNFR2/TNF信號

TNFR2是TNF的受體之一,。TNF有兩種結構相關但功能不同的受體,,TNFR1(p55)和TNFR2(p75)。與TNFR1主要負責TNF介導的細胞凋亡和死亡,、誘發(fā)促炎反應不同,,TNFR2雖然也能與可溶性sTNF結合,但與跨膜mTNF親和力更高,,且僅被mTNF完全激活并觸發(fā)有效的信號轉(zhuǎn)導,,行使細胞存活和免疫抑制相關功能[5]。

在癌細胞和免疫抑制細胞中,,當mTNF與TNFR2結合激活信號時,,TNFR2通過激活NFκB誘導激酶(NIK)誘導NFκB的非規(guī)范性激活,進一步導致IKKα磷酸化和p100的加工,,也是p52/RelB的核易位的關鍵步驟,。TNFR2還招募TRAF2-cIAP1-cIAP2復合物。cIAP具有泛素連接酶活性,,可以抑制caspases和其他凋亡誘導因子,,從而激活規(guī)范性和非規(guī)范性NF-κB/Rel和MAPK信號通路。TNFR2信號分別通過RIPK1和Etk進行信號傳導,。RIPK1通過IkB激酶(IKK)復合物觸發(fā)NF-κB,,這使IL-2的表達被激活,以及與細胞存活和增殖正相關的幾個基因的轉(zhuǎn)錄增加,。TNFR2介導的Etk磷酸化能部分激活VEGFR2,,進而激活了PI3K/Akt信號途徑,,不僅維持細胞存活并增強增殖,還招募Etk形成參與細胞粘附,、遷移,、存活和增殖的TNFR2-Etk-VEGFR2復合物。此外,,它還會增強STAT5的磷酸化,,這對免疫抑制具有關鍵作用[2,6,7]。

圖1 . Signaling Pathways of TNFR (圖片來自Ref.1)

TNFR2與Treg

Treg是一種典型的免疫抑制細胞,,通過抑制效應T細胞增殖和細胞因子生成,,從而抑制過度的免疫反應并維持免疫穩(wěn)態(tài)。與人類Treg一樣,,小鼠胸腺CD4 + CD25 + Treg和外周CD4 + CD25 + Treg相對于CD4 + CD25 – Teff效應細胞均具有高水平的TNFR2表達,,而TNFR1幾乎檢測不到[7]。研究表明,,TNF/TNFR2信號對于在炎性環(huán)境中維持FOXP3表達以及小鼠Treg的穩(wěn)定性至關重要,。當TNFR2信號被激活時,會增強Treg的穩(wěn)定性,、對TCR刺激的響應,、擴增以及功能。能促進Treg和效應T細胞產(chǎn)生IL-2,,并提高Treg對IL-2的敏感性。 IL-2可以抑制Th17細胞分化以及TNFR2信號轉(zhuǎn)導對Treg的作用,。 在炎性條件下,,膜結合型受體mTNFR2可能脫落為可溶型受體sTNFR2,sTNFR2中和TNF并阻礙IL-6的表達[3],。

圖2 . TNFR2 信號激活的作用(圖片來自Ref.3)

TNFR2與自身免疫性疾病

Treg的功能缺陷以及數(shù)量低下是各種自身免疫性疾病的主要特征,。因此,恢復適當?shù)墓δ苄訲reg利于誘導免疫耐受已成為治療自身免疫性疾病的主要目標,。如上文所述,,TNFR2激動劑具有增強Treg增殖和活化的作用。在包括T1D,、SLE,、IBD和MS在內(nèi)的多種人自身免疫性疾病中都發(fā)現(xiàn)了TNF-TNFR信號通路的受損。如T1D患者的TNFR2+ Treg更高,。 在使用TNFR2激動型抗體治療T1D的研究中發(fā)現(xiàn)了TNFR2激動劑可以殺死致病性自身反應性CD8 T細胞,,這表明誘導TNF-TNFR2途徑是選擇性殺死自身反應性T細胞的有效方法[8]。

圖3. 在自身免疫性疾病的組織部位,,Treg細胞太少,,Teff細胞或細胞毒性T細胞太多,。TNFR2激動劑可以改變這種異常的微環(huán)境并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉羌膊顟B(tài)。(圖片來自Ref.7)

TNFR2與腫瘤免疫治療

TNFR2除了維持Treg增殖和穩(wěn)定的作用以外,,還起著癌基因的作用,。目前已在至少25種腫瘤中確定了TNFR2的表達,如人類腎細胞癌,、多發(fā)性骨髓瘤,、結腸癌、卵巢癌,、皮膚T細胞淋巴瘤(CTCL)等[4,7],。腫瘤微環(huán)境會狡猾地招募具有高免疫抑制力的TNFR2+ Treg細胞,從而促進腫瘤免疫逃逸,。轉(zhuǎn)移性黑素瘤患者中的Treg細胞TNFR2基因表達上升與CD8細胞毒性T細胞耗盡有關,。TNFR2基因敲除小鼠對腫瘤表現(xiàn)出增強的免疫應答,腫瘤生長放緩,。這可能是由于缺乏TNFR2+ Treg,,或未能發(fā)展出全身性自身免疫,或MDSC數(shù)量減少和功能受損[4],。因此,,利用TNFR2拮抗劑抑制Tregs,恢復腫瘤免疫應答并消除腫瘤,,成為了腫瘤免疫治療的又一策略,。

圖4. TNFR2 + Treg在腫瘤免疫中的作用(圖片來自Ref.11)

體外研究表明,TNFR2拮抗型抗體可以抑制卵巢癌細胞以及與腫瘤相關的Treg的增殖[9],;晚期Sézary綜合征中表達TNFR2的腫瘤細胞可以被TNFR2拮抗型抗體消除,,同時TNFR2拮抗型抗體還殺死了TNFR2+ Treg,通過抑制Treg擴增Teff將Treg/Teff比調(diào)節(jié)至正常水平[4],。

圖5. TNFR2拮抗型抗體阻斷TNF/TNFR2軸對腫瘤免疫治療的作用(圖片來自Ref.10),。
圖6. 靶向TNFR2的納米顆粒對腫瘤細胞以及Treg的作用模型(圖片來自Ref.6)。通過基于特定配體可靶向腫瘤細胞的納米粒子將TNFR2抗體運輸?shù)侥[瘤微環(huán)境中釋放,,從而阻斷腫瘤細胞和Tregs上的TNFR2,,抑制Tregs并激活Teff,最終達到減少腫瘤發(fā)生,、侵襲和轉(zhuǎn)移的治療目的,。

TNFR2人源化小鼠模型(TNFRSF1B-HU)的建立、驗證與應用

品系全名

C57BL/6J-Tnfrsf1bem2(hTNFRSF1B)Smoc

目錄號

NM-HU-190010

基因名

Tnfrsf1b

品系描述

利用CRISPR/Cas9基因編輯技術,,自主研發(fā)TNFR2人源化小鼠模型,,將小鼠Tnfrsf1b基因替換為人源TNFRSF1B基因,從而表達人TNFR2蛋白,,取代小鼠內(nèi)源Tnfr2蛋白的表達,。

TNFR2人源化小鼠模型(TNFRSF1B-HU)的表達驗證

  • 雜合子和純合子TNFR2人源化小鼠模型(TNFRSF1B-HU)脾臟Treg細胞和中性粒細胞中均可檢測到hTNFR2的活躍表達,。

圖7. FACS檢測TNFR2人源化小鼠模型(TNFRSF1B-HU)脾臟細胞人源hTNFR2的表達。

  • 雜合子和純合子TNFR2人源化小鼠模型(TNFRSF1B-HU)外周血Treg細胞和中性粒細胞中均可檢測到hTNFR2的活躍表達,。

圖8. FACS檢測TNFR2人源化小鼠模型(TNFRSF1B-HU)外周血細胞中人源hTNFR2的表達,。

  • 雜合子TNFR2人源化小鼠模型(TNFRSF1B-HU)淋巴結細胞中可檢測到hTNFR2的活躍表達。

圖9. FACS 檢測TNFR2人源化小鼠模型(TNFRSF1B-HU)淋巴結細胞人源TNFRSF1B的表達,。

TNFR2人源化小鼠模型(TNFRSF1B-HU)在藥效評價中的應用

  • TNFR2人源化小鼠(TNFRSF1B-HU)MC38-OVA荷瘤模型中,,兩種anti-hTNFR2抗體均表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤療效。

圖10. In vivo efficacy evaluation of anti-hTNFR2 in TNFR2 humanized mice (TNFRSF1B-HU) with MC38-OVA tumors

  • FACS分析anti-hTNFR2抗體治療后TNFR2人源化小鼠(TNFRSF1B-HU)MC38-OVA荷瘤模型血液中各類淋巴細胞的比例,。

圖11. FACS for blood upon TNFR2 antagonist treatment.

  • FACS分析anti-hTNFR2抗體治療后TNFR2人源化小鼠(TNFRSF1B-HU)MC38-OVA荷瘤模型腫瘤浸潤淋巴細胞比例,。

圖12. TIL analysis upon TNFR2 antagonist treatment.

  • TNFR2拮抗劑可通過消除腫瘤微環(huán)境中的Treg并激活Teff來恢復T細胞平衡。

圖13. TNFR2 atagonists can restore the T cell balance by eliminating Treg and activating Teff in tumor microenvironment.

References

  1. Ortí-Casa? N, Wu Y, Naudé PJW, De Deyn PP, Zuhorn IS, Eisel ULM. Targeting TNFR2 as a Novel Therapeutic Strategy for Alzheimer's Disease. Front Neurosci. 2019 Feb 4;13:49.

  2. Vanamee éS, Faustman DL. TNFR2: A Novel Target for Cancer Immunotherapy. Trends Mol Med. 2017 Nov;23(11):1037-1046.

  3. Yang S, Wang J, Brand DD, Zheng SG. Role of TNF-TNF Receptor 2 Signal in Regulatory T Cells and Its Therapeutic Implications. Front Immunol. 2018 Apr 19;9:784.

  4. Torrey H, Khodadoust M, Tran L, Baum D, Defusco A, Kim YH, Faustman DL. Targeted killing of TNFR2-expressing tumor cells and Tregs by TNFR2 antagonistic antibodies in advanced Sézary syndrome. Leukemia. 2019 May;33(5):1206-1218.

  5. Medler J, Wajant H. Tumor necrosis factor receptor-2 (TNFR2): an overview ofan emerging drug target. Expert Opin Ther Targets. 2019 Apr;23(4):295-307.

  6. Al-Hatamleh MAI, E A R ENS, Boer JC, Ferji K, Six JL, Chen X, Elkord E, Plebanski M, Mohamud R. Synergistic Effects of Nanomedicine Targeting TNFR2 and DNA Demethylation Inhibitor-An Opportunity for Cancer Treatment. Cells. 2019 Dec 20;9(1). pii: E33.

  7. He, Xuehui & Wang, Xinhui. (2019). TNFR2 and Regulatory T Cells: Potential Immune Checkpoint Target in Cancer Immunotherapy. 10.5772/intechopen.85632.

  8. Faustman DL. TNF, TNF inducers, and TNFR2 agonists: A new path to type 1 diabetes treatment. Diabetes Metab Res Rev. 2018 Jan;34(1).

  9. Torrey H, Butterworth J, Mera T, Okubo Y, Wang L, Baum D, Defusco A, Plager S, Warden S, Huang D, Vanamee E, Foster R, Faustman DL. Targeting TNFR2 with antagonistic antibodies inhibits proliferation of ovarian cancer cells and tumor-associated Tregs. Sci Signal. 2017 Jan 17;10(462):eaaf8608.

  10. Al-Hatamleh MAI, Ahmad S, Boer JC, Lim J, Chen X, Plebanski M, Mohamud R. A Perspective Review on the Role of Nanomedicine in the Modulation of TNF-TNFR2 Axis in Breast Cancer Immunotherapy. J Oncol. 2019 May 23;2019:6313242.

  11. He J, Li R, Chen Y, Hu Y, Chen X. TNFR2-expressing CD4+Foxp3+ regulatory T cells in cancer immunology and immunotherapy. Prog Mol Biol Transl Sci. 2019;164:101-117.

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