肿瘤免疫治疗中细胞因子应用

肿瘤免疫治疗中细胞因子应用近年来，肿瘤免疫治疗取得了巨大的进步，极大地改善了患者的预后状态并提高了患者的生存率。目前，癌症免疫治疗主要集中在T细胞表面受体TCR以及共刺激分子（如：CD28）等。针对于第三信使细胞因子的癌症治疗应用还处于研究阶段，且还没有大量的应用到临床试验中。但其实，早在1986年，美国食品和药物管理局（FDA）就批准了重组IFN-α用于治疗毛细胞白血病。细胞因子是由多种免疫细胞或非免疫细胞（如：内皮细胞、表皮细胞、成纤维细胞等）合成和分泌的一类具有多种生物功能小分子蛋白，其分子量通常小于30kDa。细胞因子在体内可通过旁分泌、自分泌或内分泌等方式介导细胞间相互作用，从而调节细胞的增殖、分化、生存以及免疫应答等。基于功能不同，细胞因子又可分为白细胞介素（interleukin/ILs）、干扰素（interferons/IFNs）、肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactors/TNFs）、集落刺激因子（colony-stimulatingfactors/CSFs）以及趋化因子（chemokines）。细胞因子药物细胞因子在免疫应答中具有十分重要的作用。基于一些临床前和临床研究，多种细胞因子已被视为抗癌候选药物。迄今为止，FDA已批准了两种重组细胞因子用于癌症免疫治疗，分别为甘乐能（干扰素α-2b）和普留净（阿地白介素）（表1）。甘乐能可用于治疗毛细胞白血病、恶性黑色素瘤、滤泡性淋巴瘤和艾滋病相关的卡波西肉瘤[1]，而普留净则具有治疗转移性肾细胞癌(RCC)和转移性黑色素瘤的功效[2]。表1FDA批准的细胞因子药物细胞因子通用名商品名批准日期适应症干扰素-α干扰素α-2b甘乐能1986.6.4毛细胞白血病、恶性黑色素瘤、滤泡性淋巴瘤、艾滋病相关的卡波西肉瘤IL-2阿地白介素普留净1992.5.5转移性肾细胞癌，转移性黑色素瘤此外，其他细胞因子类药物也在开发中，包括临床试验中研究最广泛的集落刺激因子（G-CSF、GM-CSF）、血管内皮生长因子（VEGF）、IL-2和IFN-γ等（图1）[3]。对于重组细胞因子及其受体来讲，高纯度以及高活性对于其功能研究实验是十分必要的，比如细胞毒性检测、因子药物筛选阳性对照等。义翘神州已开发出一系列高纯度、高活性、多种标签的重组细胞因子及受体蛋白产品，涵盖了几乎所有细胞因子家族。（图2）。图1细胞因子的临床研究现状。截至2021年1月在美国临床试验资料库（ClinicalT）注册使用基于细胞因子的药物治疗所有癌症类型（A）或每种癌症类型(B)的临床试验数量。（来源：doi:10.2147/DDDT.S308578）图2高质量重组TNF-α及其受体TNFR-1（hFc标签）和TNFR-2（His标签）产品。细胞因子应用局限性尽管一些细胞因子已被批准作为单一疗法用于癌症治疗，但仍具有一定的局限性，比如细胞因子的多效性和较短的血清半衰期。细胞因子的多效性是指一种细胞因子能够作用于多种靶细胞，从而产生不同甚至相反的生物学效应。此外，细胞因子在体内的半衰期较短，需要大剂量给药才能达到治疗效果。这些局限性导致抗肿瘤活性的降低并产生了严重的副作用。例如，高剂量的IFN-α会导致严重的流感样综合征，表现为发烧、疲劳、头痛、胃肠道症状和肌痛[4]，常见的副作用还包括血小板、白细胞和中性粒细胞的减少，甚至严重的神经精神障碍；此外，高剂量的IL-2给药会引起血管通透性过度，进而可能导致血管渗漏综合征，甚至致人死亡[5]。基于ELISA（酶联免疫吸附法）的定量检测方法可广泛应用于细胞因子的检测，进而可了解细胞因子药物的半衰期以及监控药物诱导的免疫反应中各种细胞因子变化。义翘神州开发了多种高灵敏度、高特异性定量检测细胞因子的ELISA试剂盒（图3）。图3义翘神州开发的高灵敏度和高特异性识别细胞因子的ELISA试剂盒新策略随着肿瘤免疫治疗和生物技术的进步，开发新一代细胞因子免疫疗法的策略层出不穷。第一种策略是延长半衰期。细胞因子的化学修饰可以显著延长其半衰期并改善药代动力学。最常见的形式是蛋白与聚乙二醇(PEG)偶联，称为聚乙二醇化或抗体-细胞因子融合蛋白。NKTR-214(贝培阿地白介素)是一种聚乙二醇化的IL-2变体，包含IL-2和多个共价连接可释放的PEG链[6]。它优先与CD8+T细胞和NK细胞上的IL-2Rβγ（IL-2受体）而非Treg细胞表面的受体结合，从而激活CD8+T细胞和NK细胞。IL-2聚乙二醇化可有效延长IL-2半衰期至20小时并通过限制外周血中的瞬时T细胞活化来降低细胞毒作用。临床I/II期试验数据表明，NKTR-214在转移性黑色素瘤或肾细胞癌的治疗中能够显著减小肿瘤体积并产生良好的抗肿瘤功效[7]。第二种策略是增强细胞因子的特异性。利用基因诱变技术对细胞因子进行修饰改造，以改变其对受体的特异性和亲和力，从而提高抗肿瘤效应。IL-18是IL-1家族的重要促炎因子，可与在T细胞和NK细胞表面表达的受体IL-18R结合，增强免疫细胞的功能。IL-18具有免疫激活功能，该细胞因子曾被用于肿瘤免疫治疗，但因其临床II期试验结果不佳而终止[8]。主要原因是IL-18可以诱导癌症细胞上IL-18BP（IL-18拮抗受体）的表达。IL-18BP以超高亲和力结合IL-18并阻止IL-18与IL-18R结合，是一种天然的抑制剂，抑制IL-18的免疫激活功能。为了解决这一问题，科学家们使用一种具有定向进化功能的高通量蛋白突变体筛选技术—酵母表面展示，从中筛选出只与IL-18R结合而不与IL-18BP结合的“抗诱饵”IL-18变体蛋白DR-18[9]。DR-18在多种动物肿瘤模型中表现出抗肿瘤效果，与阳性对照PD-1抗体组的抑瘤效果相近，并且与PD-1联合治疗会产生协同效应。DR-18的临床疗效将在临床试验中进行进一步验证。最后一种策略是联合用药。治疗性细胞因子与其他癌症疗法（比如：单抗或CAR-T技术）联合使用，以达到最佳疗效。目前，多个联合用药的临床试验正在有序进行[10]。例如，NKTR-214正在开展与PD-1抑制剂(NCT03138889和NCT03635983)或与CTLA-4和PD-1(NCT02983045)相结合的临床II期和III期试验。聚乙二醇化IL-10还与帕博利珠单抗（pembrolizumab）或纳武利尤（nivolumab）联合使用以评估其在黑色素瘤、非小细胞肺癌或肾细胞癌治疗中的疗效。结论重组细胞因子在肿瘤免疫治疗中彰显出巨大潜力。虽然目前只有少数药物获批，但已有很多基于新一代细胞因子药物开发策略开发的细胞因子药物进入临床试验阶段并取得预期成果。基于成熟的重组蛋白和抗体技术平台，义翘神州开发了一系列细胞因子相关研究试剂，如重组细胞因子及其受体、抗体、ELISA试剂盒、基因等，为细胞因子的研究提供了有利的支持。参考文献[1]PRODUCTINFORMATIONINTRONA(Interferonalfa-2b).,accessedJanuary21,2022.ReferenceID:4160510[2]PRODUCTINFORMATIONPROLEUKIN(aldesleukin).,accessedJanuary21,2022.ReferenceID:3165255[3]QiuY,SuM,LiuL,TangY,PanY,SunJ.ClinicalApplicationofCytokinesinCancerImmunotherapy.DrugDesDevelTher.2021;15:2269-2287.doi:10.2147/DDDT.S308578[4]WaldmannTA.CytokinesinCancerImmunotherapy.ColdSpringHarbPerspectBiol.2018;10(12):a028472.doi:10.1101/cshperspect.a028472[5]DutcherJP,SchwartzentruberDJ,KaufmanHL,etal.Highdoseinterleukin-2(Aldesleukin)-expertconsensusonbestmanagementpractices-2014.JImmunotherCancer.2014;2(1):26.doi:10.1186/s40425-014-0026-0[6]DobersteinSK.Bempegaldesleukin(NKTR-214):aCD-122-biasedIL-2receptoragonistforcancerimmunotherapy.ExpertOpinBiolTher.2019;19(12):1223-1228.doi:10.1080/14712598.2019.1685489[7]BentebibelSE,HurwitzME,BernatchezC,etal.AFirst-in-HumanStudyandBiomarkerAnalysisofNKTR-214,aNovelIL2Rβγ-BiasedCytokine,inPatientswithAdvancedorMetastaticSolidTumors.CancerDiscov.2019;9(6):711-721.doi:10.1158/2159-8290.CD-18-1495[8]TarhiniAA,MillwardM,MainwaringP,etal.Aphase2,randomizedstudyofSB-485232,rhIL-18,inpatientswithpreviouslyuntreatedmetastaticmelanoma.Cancer.2009;115(4):859-868.doi:10.1002/cncr.24100[9]ZhouT,DamskyW,WeizmanOE,etal.IL-18BPisasecretedimmunecheckpointandbarriertoIL-18immunotherapy.