癌癥免疫療法是目前臨床癌癥治療中的新型潮流。FDA最近批準了針對轉移性前列腺癌的樹突狀細胞免疫療法以及利用免疫抑制阻斷型抗體PD-1,CTLA-4的免疫檢查點療法。盡管有這些突破,目前的癌癥免疫療法還是存在諸多限制。比如腫瘤疫苗釋放效率低下,腫瘤組織特異性抗原的交叉呈遞受阻,一系列的免疫抑制性細胞因子的作用,等等。
先天免疫是抗腫瘤免疫的重要組成部分,因此介導先天免疫與后天免疫的信號分子能夠作為抗癌的治療靶點。樹突狀細胞(DC)是一類專門進行抗原呈遞的細胞類型。在交叉呈遞反應中,MHC-I的抗原在胞內體中進行加工,并通過外界的先天免疫信號激活胞內的TAP蛋白,使得MHC-I與抗原復合體形成。之前的研究大多集中在可溶性的抗原,對于顆粒狀的抗原物質其交叉呈遞的機制是否如此并不清楚。
顆粒狀物質作為佐劑具有天然的優勢:剛性的形狀與大小能夠增強其攜帶抗原的免疫原性,能夠更特異地針對某一特定部位的細胞類群,并且能夠保護抗原在胞外免受酶解。扁平的可透性微小硅顆粒(PSM)就是典型的代表。
在最近的一項研究中,來自美國休斯敦Methodist研究所的Haifa Shen課題組在《cell reports》上發表了一篇文章,介紹了PSM作為癌癥疫苗佐劑對DC激活的機制。
首先,作者利用PSM包裹了帶有熒光標記(FITC)的OVA抗原,然后在體外與DC細胞系共孵育。結果顯示,在極短的時間內(30分鐘),這些顆粒復合物能夠充分被DC所吞噬。加入吞噬抑制劑cytochalasin D或者大胞飲抑制劑amiloride后,內吞的效率明顯下降。這說明吞噬以及大胞飲都參與了細胞內吞PSM的過程。
之后,作者檢測了DC對PSM包裹的OVA或者可溶性的OVA抗原的交叉呈遞效率。他們通過將PSM復合體或可溶性OVA刺激過的DC與天然的CD8+T細胞(只能被MHC-I識別并激活)共同孵育,并比較了最終的CD8+ T細胞的激活程度。結果顯示,PSM包裹的OVA抗原相比于可溶性的OVA能夠使T細胞產生更多的IL-2。
接下來,作者觀察了PSM在被細胞吞噬后在胞內的移動情況。通過成像的手段,他們發現PSM集中在早期的內吞小體(early endosome),而極少幾率出現在晚期內吞小體(late endosome)或回收內吞小體(recycling endosome)中。而與此不同,可溶性的OVA抗原在進入細胞后會快速降解,熒光信號逐漸消失。作者之后分別用蛋白酶體抑制劑MG-132與epoxomicin,溶酶體抑制劑leupeptin進行干預。結果顯示:對于可溶性抗原,蛋白酶體抑制劑能夠抑制其交叉呈遞,然而對于PSM抗原,溶酶體抑制劑與蛋白酶體抑制劑均能夠抑制。之后作者通過TAP敲除小鼠證明了PSM抗原的交叉呈遞是經典的信號通路。通過利用特異性識別OVA-MHC-I抗原復合體的抗體進行標記,作者發現經過PSM刺激后的DC表面表達更多的抗原復合體蛋白。
通過轉錄水平的分析,作者發現PSM抗原刺激相比于可溶性抗原刺激并不能提高炎性因子的表達水平,也不能促進DC的成熟(CD86,CD80的表達)。那么是什么原因使得DC交叉呈遞的水平提高了呢?進一步分析,作者發現PSM的刺激能夠提高DC表達I型干擾素的水平。之前的文章已經報道過I型干擾素能夠促進交叉呈遞與CD8+T細胞的活化。這與作者的預期相符。
通過遺傳手段分析不同缺失突變的小鼠,作者發現該I型干擾素的上升依賴于先天免疫的關鍵蛋白分子TIRF與MAVS。
最后,作者通過體內實驗證明PSM包裹的抗腫瘤疫苗能夠明顯抑制小鼠乳腺腫瘤的生長。以上事實證明了PSM是一類潛在的抗腫瘤疫苗佐劑。
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