细胞外基质的修饰增强胶质母细胞瘤的溶瘤腺病毒免疫治疗

Modification of Extracellular Matrix Enhances Oncolytic Adenovirus Immunotherapy in Glioblastoma

作者信息Juri Kiyokawa, Yoichiro Kawamura, Shanawaz M Ghouse, Simge Acar, Erinç Barçın, Jordi Martínez-Quintanilla, Robert L Martuza, Ramon Alemany, Samuel D Rabkin, Khalid Shah, Hiroaki Wakimoto
PMID33257429
发布时间2021-02
DOI10.1158/1078-0432.CCR-20-2400

实验完整度

包含体外细胞活力测定、BMDM NF-kB信号检测、原位小鼠模型生存分析、免疫细胞耗竭实验、流式细胞术及NanoString转录组分析等多个独立证据层级,并进行功能验证与机制验证。

主要模型

小鼠005胶质母细胞瘤干细胞原位移植模型 患者胶质母细胞瘤组织样本 小鼠GL261胶质瘤细胞系 小鼠CT-2A胶质瘤细胞系

重点核对

病毒注射剂量:ICOVIR15和ICOVIR17为1.6×10^7 PFU/只;联合治疗中第二次注射为1.0×10^7 PFU/只 抗PD-1抗体(克隆RMP1-14)剂量为12.5 mg/kg,腹腔注射 免疫耗竭抗体剂量:抗CD8a和抗CD4均为10 mg/kg 氯膦酸盐脂质体首次注射50 mg/kg,后续25 mg/kg BMDM实验中HMW-HA和LMW-HA浓度为2000 μg/ml

摘要

目的:细胞外基质(ECM)成分透明质酸(HA)促进胶质母细胞瘤(GBM)的恶性表型,然而,HA是否影响GBM免疫治疗的反应尚不清楚。在此,我们研究了HA的降解是否增强GBM的溶瘤病毒免疫治疗。方法:检测了患者和小鼠GBM中HA的存在。测试了表达透明质酸酶的溶瘤腺病毒ICOVIR17及其不含转基因的亲本病毒ICOVIR15,以确定它们是否能提高动物的存活率并调节原位GBM中的免疫肿瘤微环境(TME)。在病毒感染的小鼠巨噬细胞中检查了HA对NF-kB信号的调节。我们将ICOVIR17与PD-1检查点阻断相结合,评估了疗效,并确定了肿瘤浸润性髓系细胞和T细胞的机制贡献。结果:与对照病毒ICOVIR15相比,用ICOVIR17治疗小鼠原位GBM增加了肿瘤浸润性CD8+ T细胞和巨噬细胞,并上调了GBM细胞和巨噬细胞上的PD-L1,从而延长了动物的存活期。高分子量HA在体外抑制腺病毒诱导的巨噬细胞NF-kB信号传导,将HA降解与巨噬细胞活化联系起来。将ICOVIR17与抗PD-1抗体联合使用进一步延长了荷瘤小鼠的生存期,在部分动物中实现了长期缓解。机制上,CD4+、CD8+ T细胞和巨噬细胞均有助于联合治疗,该治疗在局部和全身诱导肿瘤相关的促炎巨噬细胞和肿瘤特异性T细胞细胞毒性。结论:我们的研究首次表明,免疫调节性ICOVIR17具有双重作用,即介导GBM-ECM内HA的降解,随后改变TME的免疫格局,并提供与PD-L1/PD-1阻断相结合的机制性联合免疫治疗,重塑先天性和适应性免疫细胞。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
细胞外基质成分透明质酸(HA)是否影响胶质母细胞瘤(GBM)对溶瘤病毒免疫治疗的反应,以及降解HA是否能增强治疗效果?
核心机制
ICOVIR17通过表达透明质酸酶降解GBM细胞外基质中的HA,改变肿瘤微环境,增加CD8+ T细胞和巨噬细胞浸润,上调PD-L1表达,并通过抑制高分子量HA对巨噬细胞NF-kB信号的抑制作用,激活促炎性巨噬细胞(M1样)和肿瘤特异性T细胞反应,从而增强抗肿瘤免疫应答。
主要证据
在原位005 GBM模型中,ICOVIR17处理显著延长生存期,增加CD8+ T细胞和TAMs浸润,上调PD-L1;BMDM实验显示HMW-HA抑制病毒诱导的NF-kB活化;联合抗PD-1进一步延长生存期,且CD4+、CD8+ T细胞和巨噬细胞均不可或缺。
研究意义
本研究首次表明免疫调节性ICOVIR17通过降解HA重塑GBM免疫微环境,为结合PD-1/PD-L1阻断的联合免疫治疗提供了机制基础,并为其他实体瘤的免疫治疗提供新思路。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

临床样本及小鼠模型HA表达与免疫细胞分布分析

观察HA在人类GBM和小鼠模型中的表达,以及HA与免疫细胞浸润的关系。

通过免疫组化染色检测人脑和GBM组织中的HA,双重染色HA与CD3、CD4、CD8、CD68,分析免疫细胞分布。在005 GBM小鼠模型中,通过IHC和NanoString分析免疫特征。

2

体外溶瘤病毒杀伤及复制实验

评估ICOVIR15和ICOVIR17对人和小鼠胶质瘤细胞的杀伤效果和病毒复制能力。

用不同MOI的感染细胞,通过CellTiter-Glo检测细胞活力;检测PH20表达和病毒复制。

3

原位小鼠GBM模型的病毒治疗效果评估

评估ICOVIR15和ICOVIR17对原位005 GBM小鼠的生存期影响和HA降解能力。

立体定向植入005 GSC,第11和17天瘤内注射病毒或PBS,记录生存期;处理后取脑组织进行IHC分析HA和E1A表达。

4

BMDM体外NF-kB信号通路检测

验证不同分子量HA对腺病毒诱导的巨噬细胞NF-kB活化的影响。

BMDM与LMW-HA或HMW-HA共培养后,用LPS或ICOVIR15刺激,通过p65核转位和iNOS/TNF表达评估NF-kB信号。

5

ICOVIR17与抗PD-1联合治疗原位GBM

评估ICOVIR17与抗PD-1联合治疗对原位005 GBM小鼠生存期的影响。

小鼠植入005 GSC后,瘤内注射ICOVIR17和腹腔注射抗PD-1抗体或对照IgG,记录生存期;部分实验进行NanoString转录组分析。

6

免疫细胞耗竭实验

确定CD4+、CD8+ T细胞和巨噬细胞对联合治疗效果的贡献。

使用抗CD4、抗CD8抗体或氯膦酸盐脂质体耗竭相应免疫细胞,然后进行联合治疗,比较生存期。

7

流式细胞术分析肿瘤浸润免疫细胞

评估治疗后肿瘤浸润T细胞和巨噬细胞的表型变化。

收集肿瘤和脾脏,进行多色流式细胞术检测CD4、CD8、Treg、PD-1、TIM3、CTLA4、巨噬细胞标志物(CD11b、F4/80、iNOS、TNF、Arg1)等。

8

肿瘤特异性T细胞杀伤实验

评估联合治疗诱导的T细胞对肿瘤细胞的杀伤特异性和功能。

从脾脏和肿瘤中分离T细胞,与005-Fluc或B16.F10-Fluc靶细胞共培养,通过荧光素酶检测细胞活力;同时检测细胞内Granzyme B和IFNγ。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Neurobasal培养基Invitrogen--
B27补充剂Invitrogen--
N2补充剂Invitrogen--
肝素Sigma--
表皮生长因子R and D systems--
碱性成纤维细胞生长因子Peprotec--
AccutaseInnovative Cell Technologies--
C57BL/6小鼠Charles River Laboratories--
曙红YFisher Scientific7231
Cytoseal XYL封片剂ThermoFisher Scientific8312-16E
BLOXALL封闭液VectorSP-6000
正常马血清VectorS-2012
DAB底物DAKOK3468
生物素化HA结合蛋白Calbiochem385911
牛睾丸透明质酸酶SigmaH3506
VECTASTAIN Elite ABC HRP试剂盒VectorPK-6100
VECTASTAIN ABC-AP试剂盒VectorAK-5000
ImmPACT红色AP底物VectorSK-5105
CellTiter-Glo发光细胞活力检测试剂PromegaG7570
Trizol试剂Invitrogen--
High Capacity cDNA反转录试剂盒Applied Biosystems4368814
SYBR select预混液Applied Biosystems4472908
StepOnePlus实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
低分子量透明质酸R and D systemsGLR-001
高分子量透明质酸R and D systemsGLR-002
脂多糖Sigma-AldrichL4391
RNeasy小型提取试剂盒Qiagen74104
NanoString小鼠泛癌免疫面板NanoString Technologies115000142
NanoString小鼠髓样先天免疫面板NanoString Technologies115000181
nCounter Max分析系统NanoString Technologies--
抗小鼠CD8a抗体BioXcellBE0061
抗小鼠CD4抗体BioXcellBE0003-1
空脂质体Encapsula Nano SciencesCLD8910
Zombie UV™可固定活力试剂盒BioLegend423108
Fc受体封闭试剂Miltenyi Biotec130-092-575
FOXP3固定/破膜缓冲液套装BioLegend421403
BD Cytofix/Cytoperm™固定/破膜试剂盒BD554714
LSR II流式细胞仪BD--
FlowJo软件Tree Star--
碎片去除液Miltenyi Biotec130-109-398
小鼠CD4/CD8(TIL)磁性微珠Miltenyi Biotec130-116-480
MiniMACS分离器Miltenyi Biotec130-042-102
MS分离柱Miltenyi Biotec130-042-201
D-荧光素----
小鼠红细胞裂解缓冲液Boston BioProductsIBB-198
白细胞介素-2----
布雷菲德菌素A (高尔基体阻断剂)BD Biosciences--
Prism 8软件GraphPad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
病毒制备与滴定
病毒扩增细胞系(A549),CsCl超速离心纯化方法
阅读提示:Materials and Methods, Viruses段落
细胞培养
005 GSC培养基成分(Neurobasal, B27, N2, 肝素, EGF, FGF),传代使用Accutase
阅读提示:Materials and Methods, Cell lines段落
原位小鼠模型建立
005 GSC植入数量(1.0×10^5或1.2×10^5细胞/只),植入坐标(右侧纹状体)
阅读提示:Materials and Methods, In vivo mouse studies段落
病毒治疗
病毒注射剂量(1.6×10^7 PFU/只)和注射次数(第11和17天;或第9和14天)
阅读提示:Materials and Methods, In vivo mouse studies段和Figure 2A、Figure 4A
联合治疗
抗PD-1抗体给药方案(12.5 mg/kg,腹腔注射,第10、13、16、19天)
阅读提示:Materials and Methods, Gene expression analysis段落和Figure 4A
免疫细胞耗竭
抗CD4/抗CD8剂量(10 mg/kg)和注射时间(第5、8、11、14、21、27天);氯膦酸盐脂质体剂量(首针50 mg/kg,后25 mg/kg)及时间(第8、11、14、17天)
阅读提示:Materials and Methods, Immune cell depletion studies段落和Figure 4F
BMDM实验
BMDM培养条件和时间(L929条件培养基),LMW-HA和HMW-HA浓度2000 μg/ml,刺激条件(LPS 100 pg/ml 1小时;ICOVIR15 MOI=50 6小时)
阅读提示:Materials and Methods, BMDM和NF-kB signaling activation in BMDM段落
流式细胞术
抗体克隆和荧光标记(见补充表S1),活/死染色(Zombie UV™),胞内染色(FOXP3和细胞因子)
阅读提示:Materials and Methods, Multicolor flow cytometry (FCM)段落和补充表S1
T细胞杀伤实验
效靶比(2:1, 10:1, 50:1),共培养时间(24小时),靶细胞(005-Fluc和B16.F10-Fluc)
阅读提示:Materials and Methods, T cell isolation and cytotoxicity assay段落