腫瘤糖基化可為免疫治療提供新的免疫檢查點

　　腫瘤的診斷和治療一直是研究的熱點和前沿，其中與免疫相關的診療手段更是研究的重點所在。2018年在《Nature Reviews Immunology》上發表了題為《The tumour glyco-code as a novel immune checkpoint for immunotherapy》的綜述，深入總結了在腫瘤微環境中腫瘤細胞表面糖基化是如何影響抗腫瘤免疫功能的，并介紹了“糖代碼”在發展新的腫瘤診斷和治療方法中的潛在作用，現介紹如下。

　　前言

　　機體的免疫系統在殺傷腫瘤細胞的同時，也增加了腫瘤細胞免疫逃逸的適應性，這種現象被稱為免疫編輯。免疫編輯可導致腫瘤侵襲性的增加。腫瘤細胞常表達抑制抗腫瘤免疫應答的分子，如抗炎細胞因子和抑制免疫細胞群浸潤性和活性的趨化因子。此外，腫瘤可以表達抑制淋巴細胞受體的免疫檢查的分子，并阻斷它們的相互作用。

　　細胞表面糖蛋白和糖脂的糖基化是腫瘤細胞的主要特征之一。與正常細胞相比，腫瘤細胞具有不同的“糖基化涂層”。由于免疫細胞表達大量的不同類型的糖基化依賴性凝集素受體，所以它們能感知自身環境中糖基化標記的變化并做出相應的反應，而這可能會導致免疫抑制。這種誘導的發生是通過免疫系統過表達自身糖基化結構以限制自身活化反應發生或通過表達可以抑制效應T細胞功能的糖基化結構來實現的。糖基化結構如唾液酸等被稱為“自相關分子模式”（SAMPS），由固有的抑制受體識別，它們可以維持先天免疫系統非激活狀態并抑制其免疫應答的激活。這樣，這些分子抵消了病原體相關分子模式（PAMPs）和損害相關的分子模式（DAMPs）（圖1）。病原體和腫瘤細胞通過表達宿主來源的糖基化來偽裝自己，以此逃避免疫系統的損害。此外，糖基化反應的劫持可以影響抗原提呈細胞的功能，并通過抗炎M2型巨噬細胞，或者改變T細胞分化度和NK細胞活性來促進免疫逃逸。因此，研究腫瘤細胞中“糖代碼”的特殊糖基化，對于了解糖基化-凝集素環路在腫瘤微環境中驅動免疫抑制作用是非常重要的。

　　腫瘤的糖碼

　　糖基化是多種酶共同反應的結果，這些酶能夠調節某些糖基化共價結合至蛋白質或脂類。腫瘤相關的糖基化，如唾液酸化結構，Tn抗原（通過糖苷鍵連接到蛋白質的絲氨酸或蘇氨酸的單個殘基）和Lewis抗原，常常是膜結合或分泌的腫瘤蛋白的一部分，例如，粘蛋白、癌胚抗原和CD43。此外，腫瘤相關的糖基化還可以附著到膜脂，如神經節苷脂1，神經節苷脂2和神經節苷脂3。細胞的惡性轉化伴隨著糖基化合成相關基因的改變，如由轉錄因子、遺傳和表觀遺傳驅動的糖基轉移酶和糖苷酶的表達變化，改變了腫瘤的代謝和免疫微環境。

　　糖基化和腫瘤免疫

　　有研究表明，凝集素受體，例如唾液酸結合免疫球蛋白樣凝集素（SIGLECs），巨噬細胞特異性半乳糖凝集素（MGL）和CD209，它們通過響應腫瘤糖代碼介導的免疫抑制來表達（圖1）。碳水化合物Lewis抗原可以附著到結腸腫瘤細胞中表達的CEA上，與巨噬細胞和未成熟的DCs中表達的C型凝集素DC-SIGN相結合。因此，在腫瘤微環境中，Lewis結構的富集可以誘導先天免疫抑制。同樣，Tn富集MUC1，CD43和CD45或糖脂GM2和GD2，都能在巨噬細胞中與半乳糖凝集素相互作用，誘導以IL-10表達增加和效應T細胞凋亡為特征的免疫抑制。III期結腸癌的患者存活率低與BRAF突變和碳水化合物Tn抗原的表達增多相關。此外，增強的腫瘤細胞唾液酸化作用導致了SIGLECs配體的表達增加。SIGLECs是凝集素受體家族的成員之一，其中大部分的具有免疫抑制功能的（圖1）。例如，黑色素瘤細胞的唾液酸化結構與體內腫瘤的生長、Treg細胞的聚集、效應T細胞的低浸潤、以及NK細胞的活性都有密切的關聯。

圖1.腫瘤的糖基化改變與免疫識別的關系

　　顯然，唾液酸化的結構、Tn和Lewis抗原都有助于形成不同免疫抑制機制的獨特糖代碼（圖2）。有趣的是，糖基化也可以影響一些主要免疫檢查點分子的結構和功能。例如，N-糖基化通過減少它的蛋白酶降解來穩定細胞程式死亡-配體1（PDL1），并因此增強其免疫抑制活性。

圖2.腫瘤病人的腫瘤糖代碼分析

　　外源凝集素在腫瘤細胞的表達

　　除了異常糖基化表達，腫瘤細胞也可以改變糖基化結合的凝集素的表達。半乳凝素是可溶性凝集素的族群之一，在多種腫瘤細胞中均有分泌。半乳凝素能削弱T細胞的效應，誘導抑制性髓樣細胞的分化，并通過與這些免疫細胞群特定的糖基化結合來調節NK細胞活性（圖1）。半乳凝素1（GAL1）通過多種機制促進免疫逃逸，包括致耐受性樹突狀細胞（DC）的分化和誘導輔助性T細胞1和輔助性T細胞17的凋亡。GAL1的表達與腫瘤的轉移和侵襲性呈正相關。其他半乳凝素，如GAL3，能使腫瘤特異性T細胞失效。GAL3還通過干擾NK細胞受體D和MHC I類多肽相關序列A（MICA）之間的糖基化依賴性相互作用來降低NK細胞的活性。因此，通過腫瘤分泌的半乳凝素可以作為許多免疫細胞在腫瘤微環境中產生免疫抑制狀態的預測指標之一（圖2）。

　　腫瘤診斷中的糖代碼

　　腫瘤細胞的糖基化改變通常發生在腫瘤發展的早期階段。在不同類型腫瘤的前期病變中，某些的腫瘤相關糖基化的表達已經出現，這使糖基化成為腫瘤早期診斷的一個標志物。鑒于糖基化結構的復雜性和糖基化位點的異質性，如何完整地描述腫瘤糖組學和糖蛋白質組學將是一個難點。

　　腫瘤相關糖基化

　　人們可以通過使用針對特定糖基化結構的單克隆抗體來探測與腫瘤相關的糖基化改變（圖2）。在臨床上，這些抗體可以針對血中糖蛋白表達的特定糖基化，作為腫瘤的生物學標志物（CA153，CA125和CA199）。CA199是一種糖基化結構的唾液酸Lewis A，是在胰腺癌中最廣泛使用的血清腫瘤標記物。分析結果顯示CA199是早期檢測胰腺癌的重要指標。此外，在腫瘤診斷中使用的其它糖基化結構和糖蛋白還包括前列腺特異性抗原（PSA），CEA，粘蛋白和CA724。

　　凝集素和腫瘤糖代碼

　　凝集素也可以作為腫瘤糖代碼的有效評估工具（圖2）。迄今為止，已經有數百個來自不同物種的凝集素被研究，這些凝集素均能識別獨立的糖基化結構，在臨床上可作為新的腫瘤診斷工具。外源凝集素，不僅可以用來分析患者血清中的腫瘤相關標記物，也可以用來分析血細胞的糖基化改變。運用這種方式進行免疫組化和流式細胞儀分析，對腫瘤患者糖代碼的系統性研究以及揭示腫瘤微環境的免疫狀態都有重要的意義。

　　抗糖基化疫苗

　　通常來說，糖基化定位策略主要集中在疫苗的開發和誘導特異性抗多糖免疫反應方面（圖3）。例如，以sTN抗原為靶點的癌疫苗能夠誘導特異性sTn免疫力的加強，使II期臨床試驗中轉移性乳腺癌患者的存活率顯著提高。而III期臨床試驗中未能有這種發現，這可能是因為在選擇人納入病人之前未對sTn的表達異質性做出評估。因此，對腫瘤患者糖代碼的正確的評估不僅有助于免疫診斷，也可以為抗糖基化疫苗接種策略的選擇提供依據。

圖3.腫瘤糖代碼相關的治療干預

　　阻斷腫瘤相關糖基化和凝集素的相互作用

　　阻止腫瘤相關糖基化與抑制性免疫受體的相互作用可作為腫瘤的一種治療方法。目前，能夠阻斷糖基化和凝集素相互作用的抑制劑已經被廣泛應用。糖代碼的治療性修飾，例如使用代謝模擬物或糖苷酶連接到腫瘤靶向抗體來進行唾液酸的阻斷，可以抑制腫瘤的生長。這種抑制是由于T細胞介導的抗腫瘤應答和NK細胞活性的增強，這也許是凝集素抑制的結果。采用針對腫瘤糖基化的特異性凝集素受體，選擇性抑制糖基化和凝集素的相互作用，可以作為腫瘤的一種新的免疫療法（圖3）。

　　細胞免疫治療

　　腫瘤特異性糖基化TCR反應的發現，有助于腫瘤特異性嵌合抗原受體（CAR）T細胞在臨床上的應用。最近，Carl June的研究小組證明了對anti-Tn抗體的單鏈片段可變區進行克隆產生的TN -MUC-CAR特異性T細胞是治療小鼠白血病和胰腺癌的有效方法。新的腫瘤特異性糖基化抗體的出現可以大幅度促進CAR T細胞領域的發展。

　　總結

　　免疫細胞通過其凝集素受體來編碼并翻譯腫瘤細胞的 “糖基化信號”，從而導致免疫抑制并促進免疫逃逸。由于一種類型的糖代碼能夠影響多種免疫細胞，因此想要通過干預腫瘤細胞糖基化來減輕免疫抑制作用，還需要進行更深入的研究。目前的研究表明，在腫瘤細胞上發現的特定糖基化可以被認為是一種新型的免疫檢查點，同時腫瘤細胞表面的糖基化也可以作為腫瘤特異性T細胞的靶點。因此，對于一些對免疫治療反應不佳的患者，腫瘤細胞糖代碼的研究和應用將是他們新的希望。

　　原始文獻：

　　Ernesto Rodríguez, Sjoerd T. T. Schetters and Yvette van Kooyk. The tumour glyco-code as a novel immune checkpoint for immunotherapy. Nat Rev Immunol. 2018 Mar；18(3):204-211. doi: 10.1038/nri.2018.3.