发现一种新型小分子作为CD47/SIRPα和PD-1/PD-L1双重抑制剂用于癌症免疫治疗

Discovery of a novel small molecule as CD47/SIRPα and PD-1/PD-L1 dual inhibitor for cancer immunotherapy.

作者信息Shengzhe Jin, Hongfei Wang, Yang Li, Jingwen Yang, Beibei Li, Peishang Shi, Xiangrui Zhang, Xiaowen Zhou, Xiuman Zhou, Xiaoshuang Niu, Menghan Wu, Yahong Wu, Wenjie Zhai, Yuanming Qi, Yanfeng Gao, Wenshan Zhao
PMID38462636
发布时间2024-03-11
DOI10.1186/s12964-024-01555-4

实验完整度

包含体外分子结合实验、细胞功能实验、体内肿瘤模型验证、联合放疗实验及安全性评估,多个实验层级相互支撑。

主要模型

MC38结肠癌小鼠皮下移植瘤模型 BMDMs与MC38/B16-OVA肿瘤细胞共培养体系 Jurkat T细胞与CHO-K1-PD-L1细胞共培养体系 稳定表达CD47或PD-1的CHO-K1细胞系

重点核对

SMC18对人和鼠SIRPα及PD-L1的结合亲和力(KD值) SMC18阻断CD47/SIRPα和PD-1/PD-L1相互作用的IC50值 SMC18在体外对巨噬细胞吞噬和T细胞IL-2分泌的增强效果 SMC18在MC38荷瘤小鼠中的抗肿瘤剂量(2和6 mg/kg) SMC18联合放疗(20 Gy)的协同抗肿瘤效果

摘要

背景:靶向肿瘤微环境(TME)已成为癌症治疗的一种有前景的策略,特别是通过使用PD-1/PD-L1抑制剂等免疫检查点阻断(ICB)药物。尽管取得部分成功,但肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的存在导致免疫抑制性TME,促进肿瘤进展,并降低ICB的治疗效果。阻断CD47/SIRPα通路已被证明是一种有效的干预措施,可恢复巨噬细胞吞噬作用并产生显著的抗肿瘤效果,尤其是与PD-1/PD-L1阻断联合使用时。因此,寻找能够同时阻断CD47/SIRPα和PD-1/PD-L1相互作用的小分子仍然至关重要。方法:通过MST获得SMC18,一种能够同时靶向SIRPα和PD-L1的小分子。通过阻断实验测试SMC18中断CD47/SIRPα和PD-1/PD-L1相互作用的效率。通过吞噬实验和共培养实验测试SMC18增强巨噬细胞和T细胞活性的功能。在MC38荷瘤小鼠模型中研究了SMC18的抗肿瘤效果和机制。结果:鉴定出SMC18,一种双靶向SIRPα和PD-L1蛋白的小分子。SMC18有效阻断CD47/SIRPα相互作用,从而恢复巨噬细胞吞噬作用,并破坏PD-1/PD-L1相互作用,从而激活Jurkat细胞,表现为IL-2分泌增加。SMC18通过促进CD8+ T细胞和M1型巨噬细胞浸润到肿瘤部位,同时激活CD8+ T细胞和巨噬细胞的功能,显著抑制MC38肿瘤生长。此外,SMC18与放疗(RT)联合使用进一步提高了治疗效果。结论:我们的研究结果表明,小分子化合物SMC18双靶向CD47/SIRPα和PD-1/PD-L1通路,可能成为癌症免疫治疗中促进巨噬细胞和T细胞介导的吞噬作用和免疫反应的候选药物。

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
能否开发一种小分子化合物同时阻断CD47/SIRPα和PD-1/PD-L1相互作用,从而增强抗肿瘤免疫应答?
核心机制
SMC18同时阻断CD47/SIRPα和PD-1/PD-L1信号,恢复巨噬细胞吞噬功能并激活T细胞,促进CD8+ T细胞和M1型巨噬细胞浸润肿瘤,抑制肿瘤生长。
主要证据
通过MST、阻断实验、吞噬实验、共培养实验及MC38小鼠模型验证,SMC18抑制SIRPα和PD-1磷酸化,增强巨噬细胞吞噬和IL-2分泌,体内显著抑制肿瘤生长并促进免疫浸润。
研究意义
SMC18作为双靶向小分子,为癌症免疫治疗提供了潜在候选药物,与放疗联合可能提高治疗效果。

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

基因表达分析

评估SIRPα和PD-L1在结直肠癌中的表达及临床相关性

利用单细胞测序数据、TCGA和GEO数据库分析SIRPα和PD-L1表达及与预后的关系

2

SMC18与SIRPα/PD-L1结合及阻断活性验证

验证SMC18能否特异性结合SIRPα和PD-L1并阻断其与配体的相互作用

通过MST测定亲和力,用细胞阻断实验测定IC50,分子对接分析结合位点

3

体外功能验证

评估SMC18对巨噬细胞吞噬作用和T细胞活性的影响

通过吞噬实验、共培养实验、 Western blotting检测SIRPα和PD-1磷酸化

4

体内抗肿瘤效果评估

验证SMC18在MC38荷瘤小鼠中的抗肿瘤效果及免疫调节作用

在MC38皮下移植瘤模型中,给予不同剂量SMC18,测量肿瘤体积,通过流式检测免疫细胞浸润

5

安全性评估

评估SMC18是否引起血液学和肝脏毒性

检测红细胞、血红蛋白、ALT、AST水平,进行H&E染色

6

联合放疗效果评估

研究SMC18与放疗联合的抗肿瘤效果

在MC38荷瘤小鼠中,给予单次20 Gy局部照射和SMC18治疗,测量肿瘤生长

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。

验证样本或模型特征
验证免疫效应
评估体内效果
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
人SIRPα-IgV-His蛋白ACRO BiosystemsSIA-H5225
人PD-L1-IgV-His蛋白Sino Biological10084-H08H
Red-NHS647染料NanoTemperNT-MO-L001
SMC18ChemDivC385-0664
SIRPα-Fc蛋白ACRO BiosystemsSIA-H5251
PD-L1-Fc蛋白Sino Biological10084-H02H
粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子Peprotech315-03
抗CD47抗体(克隆miap301)Invitrogen16-0471-81
抗F4/80抗体eBioscience17-4801-82
DiR染料BeyotimeR-22070
佛波醇-12-十四烷酰基-13-乙酸酯Sigma16561-29-8
植物血凝素SigmaL8902
抗人CD3抗体(OKT3)BioGems--
抗人CD28抗体(CD28.2)BioGems--
蛋白转运抑制剂BD Biosciences555029
抗人CD45抗体eBioscienceHI30
抗人IL-2-APC抗体eBioscienceMQ1-17H12
MTTSigma298-93-1
抗SIRPα抗体AbcamAB8120
抗PD-1抗体Abcamab52587
抗磷酸酪氨酸抗体Millipore05-321
HRP偶联的山羊抗兔IgGSangon BiotechD110058
HRP偶联的山羊抗小鼠IgGSangon BiotechD110087
ECL检测试剂盒ApplygenP1030
MC38结直肠癌细胞----
抗小鼠CD45-FITC抗体eBioscience30-F11
抗小鼠CD3-PerCP-eFluor710抗体eBioscience17A2
抗小鼠CD8α-PE抗体eBioscience53-6.7
抗小鼠CD11b-eFluor450抗体eBioscienceM1/70
抗小鼠F4/80-PerCP-Cyanine5.5抗体eBioscienceBM8
抗小鼠CD11c-APC抗体eBioscienceM418
抗小鼠CD206-PE抗体eBioscienceMR6F3
离子霉素SigmaI0634
抗小鼠IFN-γ-APC抗体eBioscienceXMG1.2
RPMI 1640培养基Gibco11875093
DMEM培养基Gibco11965092
胎牛血清BI04-001-1ACS
青霉素SolarbioP8420
链霉素SolarbioP1400
MOEChemical Computing Group--
BD FACSCalibur流式细胞仪BD--
BD FACSCelesta流式细胞仪BD--
LSM880激光共聚焦显微镜Carl Zeiss AG--

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
细胞培养
细胞类型、培养基、FBS浓度、青霉素/链霉素浓度
阅读提示:见Methods中的Cell lines and cell culture
MST结合实验
蛋白浓度、SMC18浓度范围、标记染料
阅读提示:见Methods中的Microscale thermophoresis (MST) binding assay
阻断实验
SIRPα-Fc和PD-L1-Fc浓度、细胞系、SMC18浓度
阅读提示:见Methods中的Blocking assays
吞噬实验
BMDM诱导条件(GM-CSF浓度、时间)、SMC18浓度、肿瘤细胞比例
阅读提示:见Methods中的Phagocytosis assays
共培养实验
Jurkat细胞刺激条件、共培养比例、SMC18浓度
阅读提示:见Methods中的Co-culture assays
体内肿瘤模型
MC38细胞接种量、小鼠品系、SMC18剂量、给药方式、时间
阅读提示:见Methods中的Tumor models and treatments
联合放疗模型
放疗剂量、SMC18剂量、给药方式、时间
阅读提示:见Methods中的Tumor models and treatments