癌细胞的伪装术：穿上马甲后，它们就能躲过巨噬细胞的追杀吗？
图片来自sm.stanford.edu
唐元和年间，唐宪宗决心讨伐淮西节度使吴元济，削平藩镇复兴大唐。
公元817年十月初十，风雪交加，李愬夜间调动唐军敢死队三千人，身着白衣和茫茫大雪融为一体（民间传说待考证），并搅和城外池塘引得鹅鸭叫唤混淆视听，“愬至城下，无一人知者”，成功一举攻占吴元济的老巢蔡州城，由此便有了后人传颂的《李愬雪夜入蔡州》。
这是中国历史上一次著名的乔装奇袭取得胜利的战役。说起乔装打扮的“伪装术”，动物界也玩得炉火纯青。如卡利玛·伊纳库斯蝴蝶便是印度和日本发现的一种若虫蝴蝶，当它的翅膀紧闭时如同一片枯黄树叶，还原度几近百分之百。
伪装术竞技中肿瘤细胞也不甘示弱，本文来聊聊肿瘤细胞披上“别吃我”马甲，如何在巨噬细胞眼皮底下装成“良民”招摇过市。
如果读完本文意犹未尽，此系列还有三篇癌症科普文章：“癌细胞也能玩“特洛伊木马计”，靠的是什么？”、“癌细胞胃口这么好，如何釜底抽薪 “饿死” 它们？”以及“在肿瘤治疗领域，为何它是半路杀出的黑马？”
撰文 | 丁 零（生物化学博士）
责编 | 李珊珊、叶水送
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癌细胞披上“别吃我”马甲，能骗过巨噬细胞
近年来，肿瘤免疫疗法快速晋升为生物医药圈的流量明星，多种PD-1抑制剂及CAR-T疗法以“后浪拍前浪”之势，冲击着传统疗法。免疫疗法简单来说是组建免疫细胞部队，通过各种培训后解锁其抗肿瘤技能，冲锋陷阵和癌细胞进行斗争。
免疫细胞有两个支部，先天（Innate）免疫和适应性（Adaptive）免疫。
图一：适应性免疫系统成员；图片来源：Engineering the Immune System（Christopher S. Bond Life Sciences Center）。
适应性免疫的王牌部队“杀手T细胞”无疑是得力的精兵强将，有着“狠、准、久”主力军特性。在PD-1抑制剂等装备神助攻下，“杀手T细胞”敏锐发现癌细胞并使用“穿孔素”等“化骨散” ，果决地将敌军一网打尽。
虽“杀手T细胞”战果累累，但部分高冷实体瘤（cold tumor）却执意将它们挡在护城河外。隔岸观火的“杀手T细胞”心有余而力不足，于是免疫军营的将领们便商量着重用巨噬细胞这个看似佛性，出手起来也毫不留情的“先锋兵”。
巨噬细胞的英文名为Macrophage，希腊语里“Macro”是“大”的意思，Phage是“吃“的意思。人如其名，在人体内巡逻时，巨噬细胞如果遇到病原体和癌细胞等异军部队，就以简单粗暴的方法把它直接吃掉，这个过程就叫做“吞噬作用”（phagocytosis），风格和上世纪风靡的“吃豆人”游戏有点类似。
图二：吞噬作用示意图；图片来源：Khan Academy。
巨噬细胞对癌细胞杀伤力没有T细胞那么强悍，但在某些肿瘤组织中巨噬细胞占到了肿瘤总重量的一半[1]，理论上来说凭“人海战术”也能把癌细胞“吃”得个落花流水。然而，奇怪的是，部分巨噬细胞不但玩忽职守对癌细胞视而不见，还为其献上生长因子这种精品养分。
为了调查巨噬细胞是另有苦衷还是做锤失职的罪行，科学家们进行了几十年的探索，才找出巨噬细胞叛变的始作俑者CD47。
CD47是何方神圣？早在1990年，Hattie Gresham团队就发现了CD47[2]。时隔近二十年，斯坦福大学的Weissman教授十年磨一剑和CD47死磕打底，在2009年《细胞》杂志上刊登文章证据确凿地讨伐CD47，指出其就是迷惑巨噬细胞的头号嫌疑犯[3]。
具体来讲，巨噬细胞有一个名为“SIRPα”的扫描神器，扫到访客身上有CD47便会出现“绿码”表示安全，于是SIRPα扫描仪得以激活并启动抑制吞噬程序。
肿瘤细胞识破了巨噬细胞的工作流程，便机智地套上CD47马甲。憨厚的巨噬细胞巡逻时遇到癌细胞，在CD47马甲的迷惑下，误当成自己人，不但友好放行还热心肠地提供各种便利。
图三：“别吃我”信号CD47和吞噬作用的关系；图片来源：Front Oncol. 2015 Jan 29;5:7.。
上述研究发现是在动物体内完成，CD47在人体内究竟有没有现实作用？
Weissman教授继续深耕，发现卵巢癌（Ovarian Cancer）、神经胶质瘤（Glioma）和胶质母细胞瘤（Glioblastoma）等患者的存活时间和CD47多少息息相关[4]，间接肯定了CD47的重要性。
图四：CD47 mRNA水平和实体瘤预后的关联；图片来源：Nat Rev Cancer, 2019. 19（10）: p. 541.。
拯救“迷途”的巨噬细胞
既然巨噬细胞得以沉冤昭雪，科学家又该如何帮助巨噬细胞摆脱癌细胞的操控，使其重新发挥抗癌作用？最简单的办法就是阻止CD47-SIRPα配对，于是靶向CD47/SIRPα的药物应运而生。
CD47/SIRPα特异性抗体等药物可解锁巨噬细胞对癌细胞的吞噬功能，破解“别吃我”迷魂阵，备受专家们吹捧，CD47也顺利成为后PD-（L）1时代肿瘤免疫最重要的明星靶点之一。
图五：SIRPα-CD47免疫检查点对吞噬作用的调节；图片来源：J Clin Oncol, 2019. 37（12）: p. 1012-1014。
除了促进吞噬作用，科学家通过各种“缺胳膊短腿”抗体的设计和试验，惊喜地发现CD47/SIRPα抗体还有“一石多鸟”的功效。
图六：SIRPα-CD47抗体；图片来源：Trends Immunol, 2018. 39（3）: p. 173-184。
一个完整的CD47抗体体型和大力水手类似，有着大而健硕的“Fab胳膊”用来抱住SIRPα，以及稍显苗条的“Fc腿”。既然CD47抗体是靠“Fab胳膊”和SIRPα勾搭，进而帮助癌细胞逃逸追捕，那“Fc腿”应该无关紧要？有意思的是，缺少“Fc腿”的抗体竟然无法有效消灭肿瘤细胞[5]。进一步试验证明，“Fc腿”本身也有促进吞噬作用的技能。
此外，CD47抗体还能协助树突细胞将抗原呈递给T细胞，召集T细胞过来帮忙，齐心协力对付癌细胞；也可以直接激活肿瘤细胞凋亡途径，诱导肿瘤细胞群体性“自杀”[6]。
图七： 靶向CD47的四个作用机理；图片来源：Crit Rev Oncol Hematol. 2020 Aug;152:103014.。
是骡子是马拉出来遛遛，是时候拿数据说话了。
2017年年初，还是这位斯坦福的老先生Weissman教授，野心勃勃选取了五种恶性儿童脑瘤进行CD47抗体测试。这五种儿童脑瘤可是肿瘤界的大恶霸，极具致命性和杀伤力，一旦被盯上几乎等同于死亡判决。
不过一物降一物，老先生惊喜地发现 CD47抗体Hu5F9-G4确实可以抑制这五种儿童脑瘤的生长：神经胶质瘤小鼠本21天左右就一命呜呼，注射高剂量Hu5F9－G4后竟活了38天[7]。
图八：CD47抗体在具有免疫能力的C57BL/6宿主中抑制肿瘤生长；图片来源： Sci Transl Med, 2017. 9（381）。
动物数据这么给力，Weissman教授团队于是一鼓作气启动人体临床的探究。两名患有透明细胞卵巢癌和输卵管癌的患者经过治疗后，肿瘤分别小了50％和44％[8]。
图九:（A）透明细胞卵巢癌患者和（B）输卵管癌患者中观察到了CD47抗体疗效；图片来源：J Clin Oncol, 2019. 37（12）: p. 946-953。
癌细胞的“伪装术”这么轻而易举就破解了？看到这，细心的读者可能意识到一个破绽：癌细胞处心积虑披上CD47马甲是为了乔装打扮成“自己人”，不被巨噬细胞吃掉。用CD47抗体破坏癌细胞CD47的同时，如假包换的“自己人”是不是也会被连累？
很多正常细胞确实也穿着CD47这个“别吃我”马甲，但癌细胞还得瑟得插了一些“吃我”的信号旗帜（如钙网蛋白）。巨噬细胞在哈姆雷特式to eat or not to eat的思索中，悟出最佳解决方案是运用东方哲学的精髓，找到“吃我”和“别吃我”信号之间的平衡，所以大部分健康细胞哪怕没了“别吃我”马甲，得益于“吃我”信号的缺失也可躲过一劫。
棘手的是，人类重要的朋友红细胞也有“吃我”信号，这意味着靶向CD47药物在杀伤肿瘤细胞同时会不可避免误伤红细胞。事实上，有两个临床试验因为发现患者红细胞下降情况而被叫停。
兵来将挡，水来土掩。借鉴失败经验，科学家开启了CD47抗体2.0升级版本的探索，摸索出三个主要对策：
红细胞是两侧凹形，肿瘤细胞是球状，身材不同在挑选CD47马甲的时候自然品味各异，也就是说肿瘤细胞和红细胞表面的CD47其实款式不尽相同，理论上来说完全可以找出只破坏肿瘤细胞CD47的抗体。
在所有CD47抗体海选的主办方中，天境生物是绝对佼佼者。利用全人源抗体文库和噬菌体展示技术，天境生物另辟蹊径通过反向筛选最终获得了CD47单抗冠军选手TJC4。
与其他CD47抗体不同，TJC4能识别肿瘤细胞CD47独特标记，而该标记在红细胞上由于糖基化修饰不能充分暴露，因此TJC4对红细胞的结合力微弱。
TJC4临床一期初步结果显示单注射给药从1mg/kg至30mg/kg剂量范围内患者都未发生严重的血液学不良事件。天境生物也凭借TJC4这个种子选手，获得了艾伯维29亿美元的赞助费用。
和海选并行开展还有抗体再改造。如果挑不到合适的，花功夫包装二类选手也不失为一捷径。
Trillium Therapeutics全新打造的TTI-621就是人SIRPα的N端V结构域与人IgG1 Fc区融合构成的抗体融合蛋白，数据显示可最大限度减少与红细胞的结合，从而将贫血降至最低。
保全大局，牺牲衰老红细胞
和老化红细胞不一样，新生红细胞表面表达“吃我”信号较低，因此对CD47抗体介导的吞噬作用不太敏感。发现这一规律后，Weissman教授创始的Forty Seven公司开发了CD47抗体Hu5F9-G4，并且使用了别出心裁的二步给药方案。
第一步先给患者1mg/kg的启动剂量，用来牺牲掉体内老化红细胞，虽然会导致暂时性轻度贫血，但也可以刺激网织红细胞成熟，补偿性分化出新鲜的年轻红细胞；第二步便可以高枕无忧放心使用较高剂量的抗体（30 mg/kg）实现抗肿瘤作用。
临床数据显示Hu5F9-G4联合阿扎胞苷对骨髓增生异常综合征（MDS）和急性髓系白血病（AML）患者治疗具有良好的效果。24名MDS患者中，总缓解率达到92%，50% 患者实现完全缓解；22名AML患者中，总缓解率为64%，完全缓解率为41%。
双剑合璧乘胜追击
CD47靶向药物千好万好毕竟身单力薄，下一步计划就是拉上志同道合的伙伴一起行动。要知道前辈PD-（L）1可是召集了几百号盟友[9]，才进一步巩固了挥斥方遒的江湖地位。
上文已提到Hu5F9-G4联合阿扎胞苷的临床试验，接下来再举几个例子：
CD47抗体阻断吞噬作用后可将肿瘤抗原呈递给T细胞，从而诱导T细胞追杀癌细胞。因此与T细胞抑制剂（PD-（L）1）联合不失为一妙计。多项临床前研究已经表明CD47与PD-（L）1抑制剂确实合作愉快，发挥了一加一大于二的作用。
图十一：CD47和PD-1联合疗法对肿瘤体积的影响；数据来源：[10]。
在临床试验中也CD47和PD-（L）1抗体也表现出色， 67%的患者接受RRx-001（CD47抗体）和纳武单抗治疗后疾病得以有效的控制（NCT02518958）。
此外和利妥昔单抗（CD20抗体）的联合疗法也得到初步临床验证。临床1b期研究（NCT02953509）评估了CD47抗体5F9联合利妥昔单抗在22例复发或耐药的弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）或滤泡性淋巴瘤中的有效性及安全性：50%患者客观缓解，其中36%为完全缓解。滤泡性淋巴瘤患者的客观缓解率为71%，高于DLBCL 患者（40%）[11]。
图十二：5F9联合利妥昔单抗临床数据；数据来源：N Engl J Med, 2018. 379（18）: p. 1711-1721。
既然癌细胞被不被吃掉取决于“吃我”和“别吃我”信号的平衡，按照这个思路不难想到增强“吃我”信号可让CD47抗体如虎添翼。增强“吃我”信号的方法包括化疗、细胞毒性剂、以及诱导细胞凋亡的药物等，比如上文提到的Hu5F9-G4和阿扎胞苷的联用。
单单抑制CD47后仍有一些癌细胞对吞噬作用产生抵抗。是“吃我”信号太强？CD47抑制不够彻底？巨噬细胞触达不到肿瘤区域？还是另有蹊跷？
带着这些疑问， Weissman教授猜测极有可能CD47抗体奈何不了的癌细胞存在其它“别吃我”信号。不出所料，Weissman教授又发现了两个“不吃我”信号分子：MHC1和CD24。不得不说癌细胞玩的都是套路。
和正常细胞比，部分癌细胞有更多的CD24[12]，并且CD24和巨噬细胞上的Siglec-10相结合（类似CD47和SIRPα这对CP）后也会释放“别吃我”信号：“将患者的癌细胞与巨噬细胞混合在一个培养皿中，然后阻断CD24与Siglec-10之间的相互作用，巨噬细胞就会像享用自助餐一样狼吞虎咽地吞噬癌细胞”[13]。
图十三：CD24/Siglec-10信号通路；数据来源：Nature, 2019. 572（7769）: p. 392-396 。
尽管还需要更多数据支撑，值得推敲的是CD24与CD47似乎以互补的方式发挥作用。有些癌症，如血癌，对CD47抗体非常敏感，但对CD24抑制剂却不那么感冒；而其它癌症如卵巢癌，情况正好相反。果然是一个萝卜一个坑。
图片来源：Nat Rev Drug Discov. 2019 Sep;18（10）:747; Simon Bradbrook。
CD47-SIRPα 吞噬信号通路最早于1990年被发现，一直到2009年，人们才发现抑制CD47可恢复巨噬细胞吞噬癌细胞的技能[14]。接下来短短10年间，超过20个CD47抗体纷纷进入临床试验阶段，MHC1 -LILRB1[15]和CD24- Siglec-10[12]两条新的“别吃我”信号通路也被相继发现。
第二代CD47抗体从初期临床数据来看很好地控制了“伤及无辜”，但整体治疗功效如何，是否能为PD-（L）1不响应患者提供新的治疗方案，除了已知的“别吃我”信号是否还有其他漏网之鱼？如何科学地替CD47抗体寻找合作伙伴？相信在不久的将来这些问题会被一一解答，CD47等抗体也会有更多崭露头角的机会。
作者简介：
丁零，生物化学博士，青年写作者。曾就职霍华德·休斯医学研究所及MD安德森癌症中心，现从事咨询行业。
制版编辑 | Morgan
