【Nature子刊】中科院朱明昭团队揭示肿瘤细胞内信号在CD47-SIRPα阻断中的关键作用

2024年7月9日， 中国科学院生物物理研究所表观遗传调控与干预重点实验室朱明昭团队在期刊《Nature Communications》上发表了题为“Metabolic reprograming mediated by tumor cell-intrinsic type I IFN signaling is required for CD47-SIRPα blockade efficacy”的研究论文。本研究揭示了，I型干扰素在肿瘤免疫治疗肿瘤细胞代谢重新编辑中的重要作用，并提供了利用这种机制，增强CD47-SIRPα阻断疗效的合理策略。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-50136-z

研究背景

01

I型干扰素（IFN-Is）是肿瘤免疫的核心组织者。通过协调各种类型的先天性和适应性免疫细胞，IFN-Is在抗肿瘤免疫中，发挥着重要作用。这在常规化疗、靶向化疗、放疗和免疫治疗等众多研究中，得到了充分的证实。然而，科学界对于肿瘤细胞如何对IFN-I做出反应，以及这将在多大程度上影响抗肿瘤免疫和治疗效果，仍然知之甚少。

近年来，先天免疫检查点，已成为肿瘤免疫治疗的一种流行靶点。CD47-SIRPα轴，是第一个表明阻断其抑制血癌和实体瘤生长的检查点。此后，旨在破坏CD47-SIRPα相互作用的疗法，已在许多临床前和临床研究中，得到证实。然而，虽然CD47-SIRPα阻断，在一些动物模型中显示出令人印象深刻的疗效，但临床疗效有限，对实体瘤尤其差。最近，一项CD47阻断抗体的晚期临床试验被终止，其他一些试验也被限制。因此，在这个时间点上，CD47-SIRPα阻断策略，是否仍能发挥临床优势，正面临挑战。科学界迫切需要进一步了解其潜在机制，以提高其疗效或预测准确的药物。

在过去10年中，Warburg效应在肿瘤免疫中的作用，得到了广泛的研究。作为Warburg效应的主要产物，乳酸积累和由此产生的酸性肿瘤微环境（TME），已被充分证明，可以抑制先天性和适应性抗肿瘤免疫。相比之下，OXPHOS在抗肿瘤免疫中的功能，仍然知之甚少。OXPHOS的产品，如ATP和ROS，在促进抗肿瘤反应方面，具有重要功能。因此，如果肿瘤代谢可以正确地重新编辑为OXPHOS，它可能会增强抗肿瘤免疫力。在免疫治疗的背景下，肿瘤细胞OXPHOS的作用，仍有待阐明。

在本研究中，使用IFN-I和IFN-II受体敲除肿瘤模型，团队评估了肿瘤细胞在CD47-SIRPα阻断治疗期间，IFN反应性的作用。团队发现，CD47-SIRPα阻断的治疗效果，高度依赖于肿瘤细胞内在的IFN-I信号传导，而不是IFN-II信号传导。本研究揭示了IFN-I在CD47-SIRPα阻断期间，重新编程肿瘤细胞代谢，以产生抗肿瘤免疫的重要作用；并强调了肿瘤细胞OXPHOS，在免疫治疗中的重要性。

研究进展

02

肿瘤细胞内源性IFN-I信号转导，

对于小鼠CD47-SIRPα阻断治疗至关重要

为了研究免疫治疗期间肿瘤细胞的反应性，用突变体SIRPα-Fc（hIgG1）融合蛋白（CV-1）处理已建立的小鼠MC38肿瘤，它是一种用于CD47阻断或控制hIgG的高亲和力试剂。在3次处理后，对肿瘤细胞进行分选，以进行RNA-seq分析。实验结果显示，在CD47-SIRPα阻断治疗期间，肿瘤细胞中的IFN-I通路被激活，并且肿瘤细胞固有的I型，而非II型IFN信号传导，对于CD47-SIRPα阻断疗法在小鼠中的治疗效果，至关重要。

肿瘤细胞内源性IFN-I信号传导，对于小鼠CD47阻断治疗至关重要。

IFN-Is促进肿瘤细胞的ATP释放，

对小鼠CD47-SIRPα阻断治疗至关重要

团队探索了激活的IFN-I信号通路，如何影响肿瘤细胞对CD47-SIRPα阻断的反应。实验结果表明，肿瘤细胞中的IFN-I信号传导，可能会影响抗肿瘤T细胞免疫。为了进一步确认CD47-SIRPα阻断后，体内肿瘤组织中ATP释放的表型，团队使用ATP探针和IVIS系统，测量了肿瘤组织的细胞外ATP。在CD47-SIRPα阻断下，在肿瘤组织中观察到，细胞外ATP浓度水平，显著增加。

团队进一步研究了，ATP是否参与CD47-SIRPα阻断治疗。ATP受体拮抗剂PPADS的共同给药，确实显著抑制了CV-1对WT MC38肿瘤的治疗效果，表明ATP在CV-1治疗中的重要作用。对于IFNAR1 KO MC38肿瘤，虽然单一CV-1治疗没有效果，但额外注射P2X7受体激动剂BzATP54，显著抑制肿瘤生长。进一步表明，ATP是肿瘤细胞内源IFN-I信号传导的抗肿瘤作用下游的重要因素。

CD47阻断与CD39或CD73抑制协同作用

虽然细胞外ATP，对抗肿瘤T细胞反应，具有刺激作用。但是，鉴于TME中CD39和CD73的普遍表达，它很容易降解为抑制性腺苷。团队确认了CD39在Treg细胞，以及肿瘤浸润CD8 T细胞上的表达，以及CD73主要在肿瘤细胞中的表达。CD39和CD73的表达，不受CV-1处理的影响。为了测试CD39/CD73是否会抑制CV-1治疗的抗肿瘤作用，团队首先构建了CD39过度表达的MC38细胞系。结果显示，CD39在肿瘤细胞中的过度表达，完全消除了CV-1的治疗效果。为了进一步测试抑制ATP降解，是否可能增强CV-1的治疗效果，团队用CV-1和CD39抑制剂POM-1治疗WT MC38肿瘤。事实上，联合治疗比单一CV-1或POM-1治疗的疗效，显著增加。此外，CV-1和抗CD73在WT MC38肿瘤中的组合，也显著增强了肿瘤生长抑制作用。因此，这些数据表明，通过CD39或CD73抑制ATP降解，可以进一步增强CD47-SIRPα阻断诱导的抗肿瘤免疫。

CD47阻断与CD39或CD73抑制协同作用。

研究结论

03

在过去10年中，ICB彻底改变了癌症治疗领域。然而，大约2/3或更多的患者，仍然患有治疗耐药性。对于实体瘤中的CD47-SIRPα ICB，尤其如此。识别控制CD47-SIRPα阻断耐药性的肿瘤细胞内在因子，是该领域的一项紧迫任务。在本研究中，团队使用了几种小鼠肿瘤模型，包括结直肠癌和B细胞淋巴瘤。实验结果发现，肿瘤对IFN-Is的反应性，而不是IFN-II，对CD47-SIRPα ICB的疗效，至关重要。CD39和CD73抑制剂联合治疗，进一步提高了CD47-SIRPα ICB的疗效。团队的研究，揭示了CD47-SIRPα ICB耐药性或者疗效的几种肿瘤细胞内在机制；并提供了克服耐药性或提高疗效的策略，以及CD47-SIRPα ICB的临床开发。

本研究表明，被忽视的肿瘤OXPHOS，可用于增强肿瘤免疫治疗。团队发现，肿瘤细胞OXPHOS产物ATP，在CD47-SIRPα ICB中，起着关键作用。ATP抑制，显著降低了CD47-SIRPα ICB的治疗效果。ATP给药，在很大程度上，挽救了CD47-SIRPα ICB在IFNAR1敲除肿瘤中的失效。表明ATP是肿瘤细胞内源IFNAR信号传导下游的主要介质。因此，在未来的免疫治疗中，可以适当地将肿瘤代谢状态，从有氧糖酵解重新编程为OXPHOS。需要注意的是，由于缺氧肿瘤微环境中的氧气供应有限，大多数癌细胞中的OXPHOS，并不是永久性异常的，而是以较低的速率发生。

在本研究中，eATP对DC的影响和随之而来的T细胞反应诱导，似乎是一种重要机制。与从对照治疗的肿瘤中分离的DC相比，从用CV-1治疗的肿瘤中分离出的DC，显示出更高的激活水平和引发抗原特异性T细胞的效力。从DC中条件性地删除P2X7受体，几乎完全消除了CD47-SIRPα ICB的功效。这些数据表明，DC是eATP的重要反应者。然而，实验数据并不排除eATP，也可能通过其他细胞（如巨噬细胞、T细胞，甚至肿瘤细胞本身）起作用的可能性，以便更好地控制肿瘤生长。这些机制，不一定与eATP对DC的影响相互排斥，需要进一步的研究。

除ATP外，ROS是OXPHOS的重要副产品。ROS对肿瘤细胞，有复杂的影响。在低至中等浓度下，ROS直接促进导致肿瘤细胞增殖的多种途径的激活，包括CDK274、HIF1-α75、PI3K/AKT/mTOR和MAPK/ERK。相反，超过ROS，会通过细胞凋亡，促进肿瘤细胞程序性死亡、坏死性凋亡和铁死亡。ROS可能通过免疫细胞，间接影响肿瘤生长。在CD47-SIRPα阻断情景中，ROS对肿瘤细胞增殖或死亡的直接影响，不太可能有助于抑制肿瘤生长。因为如果没有T细胞介导的免疫反应，阻断根本无法抑制肿瘤生长。然而，ROS介导的肿瘤细胞死亡，是否会激活免疫细胞，以增强抗肿瘤反应，仍有待研究。

尽管IFN-II信号通路与IFN-I通路，具有相似的信号转导成分和一些共同的靶基因，但它对肿瘤细胞OXPHOS或自噬，没有作用。一致地，IFN-II信号转导，对与OXPHOS或自噬相关的基因，没有或只有轻微的刺激作用。因此，MC38肿瘤细胞中，IFNGR1缺陷，不影响CD47-SIRPα ICB的疗效。在CT26和A20肿瘤中，也发现了类似的结果，表明其存在患病机制。CTLA-4或PD-1 ICB 的肿瘤细胞IFNGR信号转导，和CD47-SIRPα ICB的IFNAR信号转导的差异要求，可能是由于它们的主要效应靶标不同。未来，先天性ICB与适应性ICB相比，IFN通路的差异要求，可能应考虑用于精准治疗。

总之，肿瘤的遗传、表观遗传和代谢特征差异很大，是免疫疗法，结果不同的主要原因。团队的研究强调，肿瘤细胞IFN-I反应性，以及下游OXPHOS和自噬途径，是CD47-SIRPα ICB高度必需的。正确使用这些机制，例如，抑制ATP降解，可以显著提高CD47-SIRPα ICB的功效。这可能会为目前CD47-SIRPα ICB疗效不尽如人意的困境，打开一扇窗，特别是对于实体瘤。