去势抵抗性前列腺癌的有效联合免疫治疗

Effective combinatorial immunotherapy for castration-resistant prostate cancer.

作者信息Xin Lu, James W Horner, Erin Paul, Xiaoying Shang, Patricia Troncoso, Pingna Deng, Shan Jiang, Qing Chang, Denise J Spring, Padmanee Sharma, John A Zebala, Dean Y Maeda, Y Alan Wang, Ronald A DePinho
PMID28321130
期刊Nature
发布时间2017-03-30
DOI10.1038/nature21676

实验完整度

高

含嵌合小鼠mCRPC模型、体外细胞实验、CyTOF免疫分析、人前列腺活检样本验证、机制通路实验

主要模型

CPPSML嵌合小鼠mCRPC模型 CPPSML来源前列腺癌细胞系 CRPC肿瘤分离的Gr-MDSCs与CD8+ T细胞 人前列腺癌细针穿刺活检样本

重点核对

ICB为抗CTLA4(clone 9H10)与抗PD1(clone RMP1-14)联合,200μg/次,每周3次腹腔注射 Cabo 30 mg/kg、BEZ235 45 mg/kg口服,周一至周五每日给药 联合治疗持续4周后终点分析 MRI筛选前列腺肿瘤体积>150mm3且<18周龄的嵌合鼠入组 ADT方案为去势后enzalutamide混饲(50 mg/kg diet)3周

摘要

相当一部分接受雄激素剥夺治疗(ADT)的晚期前列腺癌(PCa)患者会复发,并持续进展为致死性转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)。使用针对细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(CTLA4)或程序性细胞死亡1/程序性细胞死亡1配体1(PD1/PD-L1)的抗体进行免疫检查点阻断(ICB)可在多种癌症类型的显著部分患者中产生持久治疗反应。然而,mCRPC对ICB表现出压倒性的原发耐药,促使人们寻找克服这种耐药的靶向治疗。已知髓源性抑制细胞(MDSCs)在肿瘤免疫逃逸中发挥重要作用。循环MDSC丰度与PCa患者的PSA水平和转移相关。PCa小鼠模型显示MDSCs(CD11b+ Gr1+)促进肿瘤发生和进展。这些观察促使我们假设,mCRPC中强烈的免疫治疗反应可能由ICB药物与中和MDSCs但保留T细胞功能的靶向药物联合作用引发。在此,我们开发了一种新型mCRPC嵌合小鼠模型,以在原位背景下高效测试联合治疗。抗CTLA4和抗PD1联合仅产生适度疗效。使用多激酶抑制剂如cabozantinib和BEZ235靶向治疗mCRPC浸润的MDSCs也显示出极小的抗肿瘤活性。引人注目的是,当ICB与MDSC靶向治疗联合时,原发性和转移性CRPC显示出强烈的协同反应。机制上,联合治疗疗效源于IL-1ra的上调和PCa细胞分泌的促进MDSC的细胞因子的抑制。这些观察为在mCRPC治疗中联合ICB与MDSC靶向治疗的临床路径假设提供了启示。

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
mCRPC对免疫检查点阻断的原发耐药是否可通过联合中和MDSCs的靶向治疗克服。
核心机制
联合治疗通过上调IL-1ra并抑制PCa细胞分泌的MDSC促进性细胞因子,削弱MDSC对T细胞的抑制,从而增强ICB疗效。
主要证据
CPPSML嵌合mCRPC模型中Cabo+ICB或BEZ+ICB协同抑制原发瘤和转移;CyTOF显示Gr-MDSC减少、CD8+/Treg比值升高;体外显示MDSCs对Cabo/BEZ敏感性高于T细胞;抗Gr1中和抗体使CRPC对ICB敏感;人前列腺样本中Gr-MDSC频率与CD8+ T细胞频率负相关。
研究意义
为mCRPC治疗中联合ICB与MDSC靶向治疗提供临床路径假设,并提出优化剂量和方案以沉默MDSCs同时保留细胞毒性T细胞的可能途径。

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

建立CPPSML嵌合mCRPC模型

获得可在原位免疫完整背景下高效测试联合治疗的mCRPC模型。

将CPPSML基因型mESC(JH61、JH58)显微注射入C57BL/6NTac-Tyrtm1Arte囊胚,植入假孕雌鼠,获得嵌合鼠;经MRI确认前列腺肿瘤后行去势及enzalutamide混饲诱导CRPC。

2

体内单药与联合治疗药效评价

比较ICB、靶向药物单药及联合方案对mCRPC原发瘤和转移的疗效。

将MRI确认的mCRPC嵌合鼠随机分组,分别接受靶向药物单药、ICB单药或联合治疗4周,检测前列腺肿瘤重量、淋巴结转移评分和肺微转移数。

3

肿瘤免疫微环境分析

评估各治疗对肿瘤浸润免疫细胞组成和功能的影响。

采用CyTOF分析治疗终点肿瘤内免疫细胞,定量Gr-MDSC频率和CD8+/Treg比值;并用抗Gr1中和抗体联合ICB验证MDSC对ICB耐药的作用。

4

MDSC与T细胞体外药物敏感性及抑制功能检测

比较Cabo、BEZ和Dasa对MDSCs、CD8+ T细胞和肿瘤细胞的差异作用。

从CRPC肿瘤分离Gr-MDSCs、CD8+ T细胞和GFP+肿瘤细胞,进行WST-1活力检测计算IC50;共培养进行T细胞增殖抑制实验,检测IFN-γ和IL-2分泌。

5

PI3K信号与细胞因子机制验证

验证Cabo/BEZ是否通过抑制PI3K信号和调节细胞因子分泌影响MDSCs。

磷酸化RTK抗体阵列和Western blot检测肿瘤信号;共转染活性ERK2和p70S6K rescue MDSC存活;细胞因子阵列和qRT-PCR检测肿瘤及条件培养基中细胞因子和MDSC抑制相关基因。

6

人前列腺癌样本免疫特征验证

评估人PCa中Gr-MDSC与CD8+ T细胞的相互关系。

使用32抗体CyTOF panel分析10例初治PCa患者的12份新鲜细针穿刺活检样本,SPADE分析免疫细胞群并分析Gr-MDSC与CD8+ T细胞频率相关性。

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
敲除血清替代物Invitrogen10828010
敲除DMEM培养基Invitrogen10829-018
Glutamax添加剂Invitrogen35050079
非必需氨基酸Invitrogen11140050
青霉素-链霉素Invitrogen15140-122
胰岛素Sigma-Aldrich12643
白血病抑制因子MilliporeESG1107
丝裂原活化抑制剂StemgentPD0325901
糖原合酶激酶抑制剂StemgentCHIR99021
0.25%胰蛋白酶-EDTAInvitrogen25200-056
人绒毛膜促性腺激素Sigma-AldrichC1063
M16培养基MilliporeMR-016-D
恩杂鲁胺MedKoo Biosciences201821
BEZ235Selleck ChemicalsS1009
卡博替尼Selleck ChemicalsS1119
达沙替尼Selleck ChemicalsS1021
PI-3065MedKoo407192
GSK2636771MedKoo205844
抗PD1抗体(克隆RMP1-14)BioXcellBE0146
抗CTLA4抗体(克隆9H10)BioXcellBE0131
抗Gr1抗体(克隆RB6-8C5)BioXcellBE0075
人肿瘤解离试剂盒Miltenyl Biotec130-095-929
Fc受体阻断试剂Miltenyl Biotec130-059-901
Cell-ID顺铂Fluidigm201064
Cell-ID铱嵌入剂Fluidigm201192A
Lympholyte-M细胞分离介质CederlaneCL5031
小鼠MDSC分离试剂盒Miltenyi Biotec130-094-538
小鼠CD8a+ T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-104-075
细胞增殖试剂WST-1Sigma-Aldrich11644807001
重组小鼠IL-1αBioLegend575002
重组小鼠IL-1βBioLegend575102
重组小鼠IL-1raVWR10006-448
小鼠IL-1ra中和抗体R&D SystemsAF-480-NA
IFN-γ酶联免疫吸附测定试剂盒BioLegend430804
IL-2酶联免疫吸附测定试剂盒BioLegend431004
Proteome Profiler小鼠磷酸化RTK阵列试剂盒R&D SystemsARY014
Proteome Profiler小鼠XL细胞因子阵列R&D SystemsARY028
Proteome Profiler小鼠细胞因子阵列试剂盒-Panel AR&D SystemsARY006
Chariot蛋白递送试剂Active Motif30025
重组活性ERK2R&D Systems1230-KS-010
重组活性p70S6KR&D Systems896-KS-010
β-半乳糖苷酶染色试剂盒Clontech631780
Amicon Ultra-15超滤离心管(Ultracel-3膜)MilliporeUFC900324
MycoAlert支原体检测试剂盒Lonza--
RIPA裂解缓冲液Boston BioProducts--
vinculin抗体Millipore05-386
磷酸化Met抗体Cell Signaling Technology3077
磷酸化VEGFR2抗体Cell Signaling Technology3770
磷酸化Erk1/2抗体Cell Signaling Technology4370
磷酸化Akt抗体Cell Signaling Technology4060
磷酸化mTOR抗体Cell Signaling Technology5536
磷酸化p70 S6K抗体Cell Signaling Technology9234
磷酸化S6抗体Cell Signaling Technology4856
CK5抗体CovancePRB-160P
CK8抗体CovanceMMS-162P
Ki67抗体FisherRM-9106-S1
cleaved caspase 3抗体Cell Signaling Technology9661
Gr-1抗体BioLegend108401
磷酸化S6抗体Cell Signaling Technology4858

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
CPPSML嵌合mCRPC模型建立与ADT诱导
mESC克隆(JH61/JH58)基因型;囊胚显微注射细胞数约12个;MRI入组标准>150mm3且<18周龄;去势后enzalutamide 50 mg/kg diet 3周
阅读提示:Methods“Chimera Cohort Development”“Targeted Pathway Inhibitors”及Extended Data Fig. 2b–d
体内联合治疗给药方案
各药物剂量:Cabo 30 mg/kg、BEZ235 45 mg/kg、Dasa 30 mg/kg、PI-3065 50 mg/kg、GSK2636771 30 mg/kg,口服周一至周五;SX-682 50 mg/kg每日两次;ICB抗体200μg/次每周3次;治疗4周
阅读提示:Methods“Targeted Pathway Inhibitors”及Fig. 1d–f、Fig. 4a–b图注
随机分组与盲法
随机分组以同笼小鼠接受不同药物;未设盲;各组样本量见图注
阅读提示:Methods“Chimera Cohort Development”及Fig. 1、Fig. 4图注
MDSC与T细胞体外药物敏感性实验
Cabo 1.5μM、BEZ 0.15μM用于耐药实验;Cabo/ BEZ用于条件培养基预处理浓度为1μM;MDSC与T细胞1:1共培养;CFSE检测72h;部分实验补充10ng/mL GM-CSF
阅读提示:Methods“Cell Isolation and In Vitro Survival and Migration Assay”“T Cell Suppression Assay”及Fig. 2、Fig. 3图注
人前列腺癌样本CyTOF分析
12份细针穿刺样本来自10例初治患者;32抗体CyTOF panel;SPADE分析与线性回归
阅读提示:Methods“CyTOF of Human Specimens and Mouse Tumors”、Fig. 4c–e及Extended Data Table 1b–c
统计设计
样本量基于前期研究以80%把握检测效应;两组比较用双尾Student's t检验或Mann-Whitney检验;P<0.05为显著
阅读提示:Methods“Statistical Analysis”