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脑桥神经胶质瘤不再是被遗忘的世界|边研
边士娟·2019-03-19
边研
研究界的思路是,既然这种糟糕的组蛋白异常不会出现在正常细胞中,那么,它很可能是一种很好的靶点,或者可以形成新生抗原。



1969年人类第一次完成登月计划,在月球上留下第一个脚印的宇航员Neil Armstrong,是一个充满了传奇色彩的人物。可能你不知道,登月第一人Armstrong唯一的女儿,因弥漫内生性脑桥神经胶质瘤(DIPG)在1962年离开了人世,也许正是对女儿的怀念给了他动力走出了人类历史上重要一步。

 

遗憾的是,Armstrong顺利登月50年后的今天,脑瘤专科医生仍会告诉家长, DIPG不能手术切除,除了接受放疗暂时缓解症状,其他的疗法对孩子尚无助益。奥巴马提出癌症登月计划3年后的今天,日新月异的现代医学,似乎给予了这群不幸的患儿十分不公的对待。

 

然而,改变正在一点点发生。

 

在今年3月初的免疫治疗会议ASCO-SITC上,肿瘤疫苗开发技术已经延展到DIPG患者群。他们也有机会受益于靶向免疫治疗。不过,这些主要基于临床前研究的创新疗法,距离惠及大多数患儿仍有较长的征途要走。希望这些令人惊喜的趋势能全速推进,给患儿们更加耀眼的希望。

 

数年前起,对DIPG致病机制的研究开始取得重要发现。研究界发现,约70%~80%的DIPG肿瘤存在H3.3K27M突变。这是一种发生在组蛋白的基因突变(基因名称H3F3A),一个编码碱基的突变导致组蛋白的氨基酸残基改变,使得组蛋白相应位点的甲基化程度广泛降低,从而引起对靶元件PRC2的脱抑制。这样,一系列基因表达都会出现异常。这种突变几乎只存在于DIPG和两种罕见的儿童骨肿瘤中。DIPG患儿有这类突变常意味着生存期较短。


 

在DIPG高发的H3.3K27M突变,导致相应位点脱甲基化

 

这一发现让研究界欢呼雀跃。因为在癌症的研究史上,激酶突变和细胞周期调节异常都曾被认为是驱动肿瘤的因素,组蛋白的突变如今第一次被认为也具备这样的角色,这可能意味着DIPG可以通过靶向药物或细胞疗法、疫苗疗法等进行有针对性的治疗。但是新疗法的开发意味着很多的挑战,目前有40多种I期临床试验正在开展,尝试找到突破口(完整的全球临床试验名单:http://dipgregistry.org/clinical-trials/)。

 

研究界的思路是,既然这种糟糕的组蛋白异常不会出现在正常细胞中,那么,它很可能是一种很好的靶点,或者可以形成新生抗原。因此就有两种思路,一种是直接利用小分子抑制剂靶向这种组蛋白修饰异常的弱点,另一种是看看这种组蛋白修饰异常能不能被免疫细胞作为特征识别和攻击。

 

第一种思路意味着靶向实体瘤的表观遗传特征,而且最好是特异性地靶向H3K27M突变的细胞。在过去的数年间,的确有很多特异性的表观遗传靶向药在临床试验中效果喜人,比如EZH2抑制剂。EZH2是催化组蛋白甲基化的PRC2复合体的活性亚基。

 

对于H3K27M突变的患者来说,研究认为,PRC2的EZH2亚基活性恰恰受到突变的H3K27M抑制。然而在DIPG的肿瘤基因组中,并非所有的H3K27位点都发生了突变,所以仍有一部分PRC2的活性得到保留。有研究进一步发现,这部分残留的PRC2活性对于肿瘤细胞的生长似乎是不可或缺的。因此,应用EZH2抑制剂会使肿瘤细胞失去重要的基因组调控原件功能。细胞系试验的确证实了EZH2抑制剂可以遏制不同患者来源的DIPG肿瘤细胞系的快速增殖。

 

接下来我们主要展开对第二种思路的讨论。

 

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利用微小的差异搜寻敌情

 

在本次会议上,UCSF的研究者探索的是后一种方式,改造患儿的免疫细胞,使它们具有依据突变肽段找DIPG细胞的能力,或者利用突变肽段新生抗原刺激体内免疫细胞产生这种趋向性。

 

这种靶向免疫疗法基于一项先前研究结论:H3.3K27M的氨基酸突变肽段可以通过人类胶质瘤细胞上的HLA-A*02:01这类分子呈递在细胞表面。如果肿瘤细胞不幸缺失这种HLA-A2分子,这种方法不奏效。

 

研究者经过计算和评估,制作了一个模拟敌人:一段包含组蛋白H3.3 26-35号氨基酸残基的肽段,将突变氨基酸残基包含在其中。他们在设计上确保这段合成肽有且仅有与HLA-A*02:01亚型的高亲和力,而且利用了该HLA亚型与正常H3.3组蛋白无亲和力的事实。

 

为了找到哪种T细胞可以识别模拟敌人所代表的肿瘤细胞,研究者把健康人的外周血免疫细胞和这些异常肽段混合,筛选出了可以高效识别H3.3K27M突变肽段的细胞毒性T细胞,也能克隆出这类有特定杀伤性的T细胞的TCR序列。研究人员发现,在H3.3K27M突变的DIPG小鼠肿瘤模型上,带有这一“精选”TCR的T细胞可以很有效地缩减小鼠的DIPG肿瘤。

 

研究人员还进一步验证了这一TCR克隆对H3.3K27M新生抗原的亲和力很高,且与已知的人类的蛋白没有交叉反应(理论上不会意外攻击人体其他正常细胞),对DIPG肿瘤细胞的杀伤需同时依赖于HLA-A*02:01的存在与H3.3K27M的异常表达。


图片来源| acir.org

 

 

理论上,在接下来的开发思路上,有两种靶向免疫疗法的方案。

 

方案一是通过细胞工程改造,将这些可识别H3.3K27M的TCR序列整合到患儿的T细胞中去,同时抑制T细胞的内源性TCR,形成针对H3.3K27M的TCR-T疗法。这是一种类似CAR-T细胞治疗的方法,提取T细胞,改造成TCR-T后回输给患儿。这是危险性较高,但潜在抗肿瘤效果更好的方案。

 

方案二是直接生产包含H3.3K27M突变肽段的肿瘤疫苗,注射到患者体内,让体内可能识别这类抗原的T细胞被激活,去攻击肿瘤。这是危险性较低的方案,但因患儿免疫细胞功能未必完善,潜在抗肿瘤效果可能有限。

 

由于细胞疗法的安全系数并不在理论测试中显而易见,回输了TCR-T细胞的小鼠在31天后都因GvHD(移植物抗宿主病)而死亡。研究人员不得不继续优化这些TCR-T的筛选和合成过程,因此目前针对H3.3K27M突变的临床试验仅限于多肽疫苗疗法。该试验入组刚刚诊断为H3.3K27M突变,HLA-A*02:01的DIPG及其他高级别胶质瘤患者,患者需先经过放疗的症状控制,才可以进入疫苗试验。

 

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靶向肿瘤的细胞疗法仍是未来重地


 

而在2018年,斯坦福团队也利用小鼠的DIPG移植模型,开展了靶向GD2的CAR-T细胞临床前研究。选择GD2这个靶点,是因为研究发现DIPG肿瘤表面往往会表达丰富的GD2分子,而该分子的过度表达和H3.3K27M突变也是高度关联的。

 

斯坦福公布的临床前研究数据非常令人振奋,接受GD2-CAR-T细胞治疗的实验组小鼠在14天后就无法检查到可见的肿瘤。在CAR-T治疗后50天,对小鼠的脑部检查发现,仅残留有少量的DIPG肿瘤细胞,它们不再表达GD2,因此没有被GD2-CAR-T细胞识别和攻击。

 

而CAR-T细胞治疗存在的风险也不可小觑。斯坦福团队对其他非DIPG的神经系统肿瘤的临床前研究模型发现,GD2 CAR-T细胞可引起较为严重的神经炎症和脑水肿,并导致了一部分实验组小鼠回输细胞后因此死亡。

 

除了以上两种DIPG细胞的分子特征(H3.3K27M与GD2),越来越多的可靶向特征也通过越发丰富的研究工具被发现。比如,Dana Farber的研究人员发现,PPM1D突变可能也是部分DIPG肿瘤的驱动因素,值得进一步的验证。

 

我们暂时无法预测哪一基础研究的结论可以成功转化为临床研究中患儿的生存获益。但最近5~10年的研究,的确给了DIPG研究界快速增长的信心,以及乘胜追击的紧迫感。很可能组合疗法和更精准的治疗规划,可以铺就DIPG未来通向治愈的道路。如登月计划一样,攻克DIPG将加紧冲破所有的迷茫和艰险,顺利达成。 

 

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背景介绍


DIPG是起源于脑桥的神经胶质瘤,由于肿瘤的内向浸润性生长,脑干可能会呈弥漫性肿胀,同时也可伴有向中脑、小脑、大脑基底动脉等结构的膨胀性生长或累及。由于肿瘤在生命中枢——脑干中生长,手术切除成为了多数DIPG患者的禁忌。

 

放疗是DIPG的标准治疗,但是大多数情况下,只能短暂地改善患儿的症状,几个月后肿瘤会以更加恶性的态势反扑,对延长总生存期并没有帮助。患儿诊断后的中位生存时间不到一年,90%以上的患儿都无法在诊断后活过2年关口。

 

最早在2012年,研究者发现,DIPG患者中有很大比例出现组蛋白的H3K27M突变(包括两种类型,H3.1K27M和H3.3K27M,DIPG中后者的比例更高),这是一种拷贝数通常很低的突变,常常在基因组的多组基因中只出现一个突变拷贝。但由于不可知的原因,它们像功能蛋白的热点突变一样,引起了显著的基因组异常。一篇2015年的病理学论文则发现,H3.3K27M突变在很多DIPG患者的样本中普遍存在于所有的肿瘤细胞核仁,意味着它们值得作为疗法开发的靶点。



文章关键字:DIPG,肿瘤,免疫治疗
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