明星靶点CD27＆OX40及配体最新研究进展综述！

2022-06-24

抗体细胞疗法免疫疗法疫苗

前言：本文介绍了两个具有巨大潜力的TNFRSF目标受体：CD27和OX40，以及它们各自配体CD70和OX40L的免疫生物学，重点介绍了它们在肿瘤环境中的作用。根据体外研究和最近描述的几个表现出CD27/CD70和OX40自然缺陷的人的表型，阐述了CD27和OX40对人类T细胞的影响。最后，介绍了在临床前模型中阐明OX40和CD27靶向单克隆受体的疗效和作用方式的进展，并概述了目前针对癌症中这些有前景的受体/配体配对的临床试验。(图片来源：Acta pharmaceutica Sinica. B, 10(3), 414–433)1►前言肿瘤特异性 T 细胞的存在，以及它们在癌症患者中表现的能力，证实了免疫反应确实可用于对抗癌症。然而，必须克服一些阻碍才能将肿瘤环境中常见的无效免疫反应转化为诱导肿瘤持续破坏的免疫反应。为了充分激活T细胞，必须接收两个信号，而提供第二个信号的配体，称为共刺激，在肿瘤中通常是缺乏的。因此共刺激受体对有效免疫应答，特别是肿瘤治疗的发展至关重要。根据结构特点，共刺激受体主要可分为：1免疫球蛋白家族（IgSF；如CD28、ICOS和CD226）2肿瘤坏死因子受体家族（TNFRSF；CD27、OX40、4-1BB、GITR、死亡受体3和CD303。__OX40 及其配体 OX40L 是TNFRSF家族中促进T 细胞扩增、细胞因子产生和存活的关键成员。过去十年的研究表明，OX40 激动剂在使用免疫原性肿瘤的临床前模型中增强了抗肿瘤免疫力。图1.OX40/OX40L相互作用影响T细胞寿命的四个阶段此外，T细胞同样会表达抑制性受体（如CTLA-4、PD-1、TIGIT和BTLA），他们均来自于IgSF。CTLA-4和PD-1通过细胞内和细胞外机制负性调节T细胞反应，部分通过对抗CD28的共刺激活性来介导其效应。共刺激信号可以增强T细胞反应，以及促进效应和记忆T细胞产生。图2.(A)树突状细胞和T细胞相互作用产生的免疫突触的简化方案。CTLA4-Ig通过拮抗CD28与B7-1的结合，抑制T细胞的活化和存活，从而发挥免疫调节功能。(B)B7-1细胞质尾部干扰α3β1整合素锚定到足细胞细胞骨架复合体的假设机制。通过与B7-1的胞外部分结合，CTLA4-Ig抑制了这种疾病的发生过程，恢复了正常的足细胞的生理结构和功能。CAS，CRK相关底物；FAK，粘着斑激酶；MHCII，MHC II类分子；TCR，T细胞受体；Th1，辅助性T细胞1型深入了解共刺激受体的生物学特性并了解其与人类疾病的相关性，对于选择合适的受体进行治疗干预至关重要。本文综述了OX40和CD27在免疫生物学方面的最新研究进展，重点介绍了它们在人体免疫反应中的作用及其作为抗肿瘤免疫靶点的潜力。2►OX40、CD27及其配体的结构与TNFRSF的其他成员一样，OX40(也称 TNFRSF4或CD134)和CD27(TNFRSF7)是I型跨膜糖蛋白，通常包含3个二硫化物桥，特征是存在富含半胱氨酸的结构域(CRDs)。人OX40和CD27在长度上相似(分别为277和260个残基)，并在蛋白质水平上显示出一定的同源性，OX40包含4个CRD，但CD27仅包含3个CRD(见图3)。由于N-连接和O-连接的糖基化，这两个成熟蛋白在50-55 kDa处都比预测的大一些(约30 kDa)。与OX40以及TNFRSF的所有其他成员不同，膜结合的CD27是一种二硫键连接的同源二聚体，这是由于顺式结构中成熟蛋白165位点处半胱氨酸残基之间的相互作用，在炎症条件下可以在血清中检测到单体CD27。可溶性CD27的大小为32 kDa，比在活化的T细胞中加工的膜结合形式要小。有趣的是，32 kDa的形式可以在激活的T细胞表面也检测到，它可能是加工的32 kDa和成熟的50 kDa原核之间的异二聚体复合体的一部分。虽然在人类血清中也检测到了可溶性OX40，但其水平至少比报道的血清CD27浓度低30倍。已知的OX40和CD27的唯一配体分别是OX40L(TNFSF4)和CD70(TNFSF7)。这两种蛋白都是II型跨膜蛋白，都含有保守的TNF同源结构域，具有三聚化潜能。许多TNFRSF配体可以被切割以生成可溶性形式，尽管具体机制尚不清楚。虽然在血清中，可以在ng/ml水平上检测到可溶性OX40L，但不能检测到CD70。三聚体人OX40L的晶体结构呈现为张开的金字塔形式，原核之间的相互作用区域相对较小。激活时，三个OX40分子与OX40L三聚体结合，这是TNFRSF中配体-受体配对的典型；在OX40CRD 1存在的情况下，2和3都能与OX40L相互作用。虽然CD27/CD70复合体的晶体结构尚未明确，但基于CD27胞外区/抗体复合体和同源CD40/CD40L复合体的晶体结构建模表明，CD27的CRD2与CD70发生了类似的3：3结合构型。然而，高阶低聚物可能是三聚体的二聚体，对于OX40和CD27的激活也都是更有效的配体。在人类OX40和CD27中都发现了自然引起的免疫力损害突变。对于OX40，在CRD1(R65C；编号包括信号序列)中引入额外的半胱氨酸残基会导致活化的人类T细胞表面OX40的显著减少，并导致错误折叠形式的蛋白在细胞内积累。图3.CD27的突变C53Y、C96Y和R107C分别位于CRD 1、2和3，均导致CD27表达降低此外，残基表面表达的R65C 、OX40蛋白不能与OX40L34结合。同样，CD27的突变C53Y、C96Y和R107C分别位于CRD1、2和3，都导致CD27的表达降低(见图1)。相反，虽然R78W突变的患者(在CRD2)表现出与CD27功能受损一致的免疫缺陷，但结晶学研究表明，这可能是由于CD27和CD70之间的相互作用受损，而非CD27表达的缺陷。3►表达模式（1）OX40和CD27OX40和CD27主要由T细胞表达，但表达模式因T细胞亚群和分化、激活状态而异。OX40在TCR刺激后由人的CD4+和CD8+T细胞瞬时表达，在体外和肿瘤部位处，CD4+细胞表达更高。因此，CD4+和CD8+T细胞都是OX40导向的免疫治疗药物治疗癌症的潜在靶点。此外，研究表明，与传统的CD4+T细胞相比，Tregs（调节性T细胞）在多个人类肿瘤中能表达更多的OX40，这增加了优先使用耗尽单抗的OX40hi人群的额外可能性。CD27在静息的αβ、CD4+(Treg和Tconv)和CD8+T细胞，以及一群具有抗肿瘤功能的先天类V-γ9V-δ-2 T的细胞表达。CD27在天然T细胞上固有性表达，而OX40需要TCR刺激才能表达。这表明CD27在启动过程中可能比OX40更早起作用。在人类T细胞上，CD27在效应细胞上表达下调，但在干细胞记忆细胞和中央记忆样细胞中的表达在合理范围内。相反，终末分化的TEMRA和效应记忆细胞是由CD27+和CD27-亚群组成的混合群体。虽然CD27+细胞在效应记忆群体中占主导地位，但在TEMRA中CD27-占主导地位。对于NK细胞，CD27的丢失与更有效的CD56dim群类似，甚至在CD56bright的亚群中，CD27的丢失也与更高的溶解活性有关。CD27也被发现存在于人类B细胞上，包括生发中心、记忆和浆细胞，但不包括幼稚或过渡性B细胞。尽管CD70转基因细胞会在体外刺激人B细胞产生免疫球蛋白G，但CD27在人B细胞上的作用尚不清楚，重要的是，与OX40类似，效应T细胞和调节性T细胞都会在免疫与癌症病理部位表达CD27，这就使这两个群体成为了CD27靶向治疗的潜在靶点。（2）OX40L和CD70OX40L和CD70的表达受到严格控制，OX40和CD27在特定环境中的影响取决于它们的有效性。胸腺基质淋巴生成素、CD40L或TLR激动剂可在人树突状细胞上诱导OX40L，尽管CD40L和TLR激动剂单独诱导OX40L的能力在不同研究中表现各异。此外，在适当的条件下，人单核细胞、中性粒细胞、肥大细胞、淋巴组织诱导细胞、血管内皮细胞和体外激活的B细胞在合适的情况下都能表达OX40L。此外，人的CD4+和CD8+T细胞在IL-2和TGF-β1存在下用抗CD3/CD28包被的微球处理，或暴露在成熟的DC中。体外上调的OX40L，暗示在炎症中存在潜在T-T共同刺激效应。在自身免疫方面，L单核细胞表达OX40L可促进人类狼疮T滤泡辅助细胞极化和发病，这与TNFSF4基因多态性与SLE和其他自身免疫性疾病的易感性一致。鉴于败血症患者血液中单核细胞的OX40L表达增强，以及小鼠败血症的诱导需要巨噬细胞，类似的机制也可能有助于理解败血症的发病机制。图4 CD27/CD70和表达OX40/OX40L的人体细胞之间可能发生的一些相互作用CD70的表达模式和人外周血树突状细胞上缺失CD70的机制类似，但在暴露于肿瘤坏死因子-α、放射或TLR激动剂后上调。与OX40L一样，其他类型的细胞也可以表达CD70，包括B细胞和NK细胞、肌细胞以及CD4+和CD8+T细胞，在小鼠中，非造血系来源的抗原提呈细胞群在固有层持续表达CD70，这可能支持局部的T细胞效应反应。尚不清楚人类是否存在这种类型的细胞。图4显示了体内CD27/CD70和表达OX40/OX40L的细胞之间可能发生的一些相互作用。4►OX40和CD27的信号转导（1）OX40对于OX40和CD27，以及TNFRSF家族的其他成员，跨膜信号主要通过肿瘤坏死因子受体相关因子(TRAF)家族成员来调节的。TRAF是一种与短基序相互作用的三聚体蛋白质，存在于配体结合的三聚体TNFRSF受体的细胞质尾部。对于OX40，受体和配体之间的初始相互作用刺激OX40和TRAF2进入脂质筏(lipid rafts)，这是随后激活核因子-kB的必要步骤。OX40还与TRAF 1、3和5结合，所有四个TRAF结合位点在人类蛋白质的GGSFRTPIQEE序列上大部分重叠。目前尚不清楚除TRAF2以外的TRAF是否也与OX40在脂质筏中共定位，也尚不明确给定的TRAF与OX40相互作用的可能性。对于CD40，存在结合亲和力的层次结构，其中TRAF2比TRAF 1、3或6结合得更强，并且类似的层次结构可能决定了TRAF与TNFRSF的其他成员的结合模式，虽然TRAF2和TRAF5都可以激活OX4076下游的NF-kB信号，但敲除TRAF2会在体外阻断NF-kB激活以及PI3K和Akt的募集，这表明TRAF2参与对于OX40诱导的信号转导，从某些方面来说是一个非冗余事件。其他人已经报道，OX40L诱导的晚期替代核因子-kB途径的激活依赖于TRAF6，这可能是不同的TRAF蛋白激发的不同的信号事件，进一步在下游，M.Croft的研究小组已经鉴定了OX40激活的信号小体复合体，包括TRAF2，IKKα，β和γ，PKCθ，RIP1，CARMA1，bcl1，MALT1，PI3K的P85亚基和Akt。有趣的是，这种复合体形成和驱动不依赖于抗原的核因子-kB活化，尽管OX40驱动的Akt磷酸化是依赖抗原的。（2）CD27CD27与TRAF 2、3和5结合方式类似，全部三个TRAF的结合在CD27的REEEGSTIPIQEDYR区域进行。CD27激活的核因子-kB也是由TRAF2和TRAF5驱动的，这些相同的TRAF负责在CD27参与后触发JNK激活。与OX40一样，CD27也会触发旁路途径和核因子-kB典型通路，TRAF3会抑制OX40和CD27激活旁路途径。虽然典型通路和径核因子-kB旁路途径不同，但在CD27下游，这些通路是紧密相连的。简单地说，激活典型的nf-kB依赖含有ikkβ的复合体。有利于释放活性p65/relA转录单位，而旁路途径依赖于稳定的nik、下游ikkα的激活和释放relB/p52二聚体。然而，在CD27下游，Nik在几分钟内就被募集到受体上，这是激活两条核因子-kB途径所必需的。对于OX40，信号传递更依赖于旁路途径，核因子-kB的激活依赖于Nik。受体参与也可通过CD70和OX40L影响反向信号转导。例如，OX40L信号在人内皮细胞中诱导c-jun(一种转录调节因子，属亮氨酸拉链家族成员)和c-fos（一个转录因子，其主要作用是调节细胞核中因受外界刺激影响而开启或抑制的基因转录，在体外促进人B细胞分泌免疫球蛋白，并增强人树突细胞的激活。值得注意的是，OX40/OX40L信号的缺失并不能明显地阻碍人类或小鼠的体液反应。同样，在同种异体肿瘤环境中，CD70的反向信号增强了人类B细胞的激活以及NK细胞的存活和功能。这些数据支持通过CD70的反向信号可能是癌症治疗的潜在靶点的观点。但这一观点是局限的，因为CD70在恶性B细胞肿瘤中也异常表达，在恶性B细胞肿瘤中它向肿瘤细胞提供促进增殖的信号，另一点需要考虑的是，针对OX40或CD27的药物可能会通过减少OX40和CD27的效力，产生额外的生物学效应，从而阻止OX40L或CD70的反向信号传递。5►OX40、CD27临床研究（一）OX40体外研究表明，OX40L刺激通过人类T细胞，增强了效应分子和细胞因子的增殖与表达。尽管对CD8+T细胞影响在很大程度上是间接的，这得益于CD4+群体提供的增强T细胞帮助。最近对一例19岁患者的特征描述进一步揭示了OX40在人类细胞中的作用，该患者的R65C突变导致了OX40-OX40L信号通路缺失，该患者患了卡波西氏肉瘤(KS)，这是一种罕见的内皮细胞起源的肿瘤，继发于慢性人类疱疹病毒8型(HHV8)感染。KS通常与潜在的HIV感染相关，从HIV患者KS部位获得的内皮细胞会表达丰富的OX40L，表明由于缺乏OX40，所引起的KS易感性增加可能是局部缺陷的内皮驱动的共刺激所致。这位患者还表现出对巨噬细胞感染寄生虫利什曼原虫的易感性，这可能表明在T细胞介导的巨噬细胞激活中需要OX40进一步参与。图4.(来自Eur J Cancer. 2016 Jan;52:50-66).虽然患者的总体免疫细胞频率和抗体反应正常，但淋巴细胞谱系明显扭曲，幼稚B、CD4+和CD8+T细胞的频率增加，而记忆B和T细胞相应减少。进一步分析表明，Treg频率(定义为CD4+CD25hiCD127lo)显著减少，而滤泡辅助T细胞数量(CD4+CD45RA-CXCR5+；对支持B细胞功能很重要）不变。而CD4+T细胞对一些不同抗原的召回反应显著降低，EBV反应性CD8+T细胞能在正常频率下被检测到，证实了OX40至少对于部分CD8+T细胞反应是多余的，并可能为该患者对标准儿童感染缺乏明显的易感性提供了一些解释。（二）CD27类似地，CD27激动剂(CD70或激动剂抗CD27单克隆抗体)在体外共刺激人αβ和γδ T细胞进行增殖和细胞因子的产生，虽然CD27驱动的CD8+T细胞可以在不需要CD4+T细胞的情况下直接激活，CD27直接刺激CD8+T细胞的能力，及在天然T细胞上的组成性表达，可能对清除EBV感染至关重要。因为缺乏功能性CD27或CD70的患者通常在儿童时期表现为EBV感染和相关的霍奇金淋巴瘤，然而，OX40缺乏 OX40缺乏对EBV反应性CD8+T细胞群没有明显影响(见上文)。此外，CD27或CD70缺陷的患者报告在整个儿童时期有持续感染的病史，表明与OX40缺陷相比有更严重的表现型，对CD27/CD70缺陷患者的淋巴细胞室的研究发现，这些患者的记忆B、CD4+和CD8+T细胞都存在不同程度地缺乏，并伴有低丙种球蛋白血症(与支持体外产生IgG的CD27信号一致)。尽管Tregs的频率没有变化。这些患者明显缺乏EBV免疫，但T细胞对其他有丝分裂原的增殖反应基本是正常的，这表明CD70在B细胞上被上调，以响应EBV感染。当需要强大的免疫反应来对抗B细胞的大规模增殖时，CD70对于T细胞介导的B细胞的免疫监测是重要的，EBV感染期间就是这样，相比之下，这些患者成功地对其他常见病原体和儿童疫苗产生T细胞反应的能力表明，在DC呈递抗原的情况下，CD27-CD70的缺失可能不是限制因素。6►癌症中OX40和CD27信号的调控表1 正在进行的针对OX40、CD27和CD70的癌症临床试验（1）OX40许多临床前研究支持针对OX40和CD27的单抗可以促进T细胞活化和抗肿瘤免疫。对于激动型抗鼠OX40单抗(克隆OX86；大鼠IgG1)，抗肿瘤活性首先是由于Treg抑制导致局部DC功能恢复，其次是将激动剂活性导向效应人群。2014年的一项研究进一步发现，OX86降解了肿瘤驻留的Tregs（调节性T细胞），但不会降解CD8+T细胞，这可能是因为与肿瘤中的效应T细胞相比，Tregs上OX40的优先表达。这种抗体的一种优化形式是结合激活的Fc受体(FCR)，在其他情况下与mAb介导的细胞降解相关。类似地，由于Treg丢失，会导致肿瘤排斥反应和局部较高的CD8+/Treg比率，鉴于OX40在Tregs的高表达，人类肿瘤中T细胞与效应T细胞的比较(见上文)，具有降解活性的抗OX40单抗在临床上可能具有类似效果。OX40激动剂对人类Tregs的影响尚不清楚。在结肠炎小鼠模型中，局部Treg维持需要OX40，据报道，OX40的强制刺激可促进人类Treg(和效应性T细胞)的增殖。然而，其他研究表明，短期暴露于激动剂抗OX40单抗可直接抑制其抑制活性，并且Tregs比其他T细胞亚群对长时间暴露于高剂量抗OX40单抗诱导的细胞凋亡更敏感，因此，激动型抗OX40单抗可能促进Tregs的扩张(尽管对于9B12似乎不是这样)，也可能抑制其功能，甚至诱导其凋亡。（2）CD27 增强的CD27信号可以抑制肿瘤生长。例如，与野生型小鼠相比，过表达CD70的小鼠和在CD11c阳性细胞上结构性表达CD70的小鼠，会产生更强的肿瘤特异性CD8+T细胞反应，并更有效地排斥肿瘤细胞。此外，大约三分之一的CD27或CD70胚系缺陷患者与霍奇金淋巴瘤或弥漫性大B细胞淋巴瘤有关，CD70的体细胞突变或缺失常见于弥漫性大B细胞淋巴瘤和伯基特淋巴瘤，证实CD27/CD70信号也有助于人类的抗肿瘤免疫。已经证明，针对CD27的激动型mAb绕过了CD40信号的要求，而CD4+T细胞有助于促进CD8+T细胞依赖的肿瘤排斥反应，这与CD40介导的DC许可和随后的CD8+T细胞对CD70的依赖一致。在肿瘤环境中，抗鼠CD27单抗的激动剂促进肿瘤特异性和诱导干扰素-γ产生的CD8+T细胞局部积聚。而一种抗人CD27单抗Varlilumab ( 伐立鲁单抗 ) ，在人-CD27转基因小鼠中类似地引起CD8+T细胞依赖性肿瘤排斥反应，增强人T细胞在体外的扩增。随着单抗疗效的日益显著，Varlilumab的疗效取决于它与宿主中FCR的相互作用。CD27刺激对Tregs的影响：Varlilumab ( 伐立鲁单抗 )仅适度促进了人Tregs的增殖，尽管这可能是由于IL-2在体外混合培养试验中可获得性增加所致。在体内，激动剂抗CD27单抗的强制刺激降低了小鼠肿瘤中Treg的频率，Varlilumab类似地降低了癌症患者外周血中Treg的频率。值得注意的是，最具抑制效应的人类Tregs会表达最高水平的CD27，因此似乎很可能会优先用于降解抗CD27单抗，尽管这仍然还停留在猜测阶段。有趣的是，Varlilumab作为直接的T细胞激动剂，也可以消耗免疫缺陷小鼠中的人类淋巴瘤细胞；其作用机制是否与目标细胞群上CD27的相对表达水平，或局部FCR环境有关，仍有待进一步研究。临床研究表明，Varlilumab耐受性良好，表现出与CD27途径激活一致的生物学活性，包括趋化因子诱导，特别是IP-10(CXCL10)，以及激活和扩增效应T细胞。重要的是，这项人体试验表明，Varlilumab在临床上是有效的，取得了与抗OX40类似的反应。（3）CD70 与此相关的是，CD70在包括肾细胞癌在内的一些肿瘤类型中异常表达，在肾癌中，CD70驱动反应性T细胞的终末分化，在CLL（慢性淋巴细胞白血病）中，CD70向肿瘤提供增殖信号，此外，人类慢性粒细胞白血病干细胞在CD27参与后通过Wnt途径接收增殖信号，AML干细胞最近被证明同时表达CD27和CD70，这种相互作用促进了它们的存活。令人鼓舞的是，在异种移植模型中，封闭的抗CD70单抗阻止了AML原始细胞的生长。这些研究表明，阻断CD70信号或耗尽CD70+肿瘤细胞的单抗将是一些肿瘤的合适治疗策略，到目前为止，抗CD70单抗(MDX-1203；表1)是一种在较高剂量下保持疾病稳定的抗CD70单抗。目前针对OX40和CD27/CD70的临床试验摘要可在表1中找到。7►OX40和CD27单抗与其他制剂的结合虽然针对OX40和CD27的激动型单抗可以在小鼠中发挥肿瘤保护作用，但在免疫原性较差的情况下效果有限。因此，人们越来越倾向于将这些单抗与其他策略相结合，例如增强抗原可用性、增强炎症或抑制免疫抑制信号。因此，共靶向Toll样受体，或加入干扰素-α，大大增强了激动剂CD27mAb对小鼠抗原特异性CD8+T细胞的扩增作用，这依赖于I型干扰素对CD8+T细胞的直接作用，此外，抗OX40激动剂和抗CD27单抗、PD-L1协同促进了CD8+T细胞增殖并促进提高其功能。最后，鉴于OX40优先激活人类CD4+T细胞，但CD27激动剂直接促进CD8+T细胞反应，OX40和CD27的同时激活可能也会协同促进更强的T细胞免疫。联合针对CD27、OX40或检查点阻断单抗的单抗是一种特别有希望的方法，有望在癌症治疗中取得更理想的疗效。8►展望这篇文章系统总结了OX40和CD27在免疫生物学方面的最新进展，重点介绍了它们在人体免疫反应中的作用以及它们作为促进抗肿瘤免疫的靶点的潜力，即将启动肿瘤特异性T细胞的策略与OX40信号相结合，可以产生并维持治疗性抗肿瘤免疫反应，由此可得关于OX40等靶点药物研发市场将具有很大的开发潜力。为助力靶点药物研发，成都仁域生物利用噬菌体展示技术，精心构建了总库容达(1x1011)的天然纳米抗体库。通过该技术创建和筛选不同类型的抗体库中。大而多样的天然抗体库也能针对各种类型靶点（如毒性、自身和非免疫原性靶点）进行筛选。全人源抗体库筛选案例参考文献1.Makkouk, A., Chester, C., & Kohrt, H. E. (2016). Rationale for anti-CD137 cancer immunotherapy. European journal of cancer (Oxford, England : 1990), 54, 112–119.https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.ejca.2015.09.0262.Buchan, S. L., Rogel, A., & Al-Shamkhani, A. (2018). The immunobiology of CD27 and OX40 and their potential as targets for cancer immunotherapy.Blood,131(1),39-48.https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1182/blood-2017-07-741025识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。