「魔高一尺道高一丈」周挺等 Nature 报道分泌型免疫检查点，伪 IL-18 肿瘤免疫治疗异军突起

细胞因子是首例对晚期癌症患者产生持久反应的免疫疗法，但因其疗效和耐受性有限，随后的发展并不顺利。IL-18 是 IL-1 细胞因子家族的成员，通过结合其异源二聚体受体 (IL-18Rα/Rβ) 介导 MyD88-NFκΒ 信号通路的激活。

尽管 IL-18 具有很强的免疫激活特性，但奇怪的是，重组 IL-18 在之前临床试验中并没有显示出功效，这一看似「矛盾」的结果背后是否还有什么其他的机制，能否找到破解这一「矛盾」的方法呢？

2020 年 6 月 24 日，耶鲁大学医学院的 Aaron M. Ring 课题组周挺博士以第一作者在 Nature 上在线发表了题为 IL-18BP is a secreted immune checkpoint and barrier to IL-18 immunotherapy 的研究成果。

该研究发现肿瘤微环境中产生的 IL-18 结合蛋白（IL-18BP）可能充当「分泌型免疫检查点」限制了 IL-18 免疫治疗的效果；作者通过定向进化的方法筛选得到了一种可维持信号转导能力，但不会被 IL-18BP 抑制的 IL-18（decoy-resistant IL-18，DR-18），并取得了显著的抗肿瘤效果。

图片来源：Nature

研究内容

IL-18R 和 IL-18BP 在肿瘤微环境中普遍存在

作者首先检测了小鼠肿瘤中 IL-18 通路相关分子的表达情况，结果发现 IL-18Rα 在 NK 细胞上广泛表达，与脾脏相比肿瘤 CD4⁺ 和 CD8⁺ T 细胞上 IL-18Rα 表达明显上调。此外，IL-18BP 的 mRNA 和蛋白均在肿瘤微环境中高表达，经小鼠 IL-18（mIL-18）处理后以 IFN-γ 依赖性的方式进一步升高。

作者进一步对人的肿瘤样本进行了分析，TCGA 数据库分析发现 IL18-BP 在多种肿瘤类型中表达均升高。此外，IL-18BP 的表达与 CD3E，CD8A 和 PDCD1 的表达高度相关，提示其表达的增加与活化的 CD8⁺ T 细胞的存在有关。免疫组化和 ELISA 的结果也证实 IL-18BP 在肿瘤组织或血清中高表达。

进一步地小鼠实验发现，mIL-18 对野生型小鼠的肿瘤生长没有影响，但能显著抑制 IL-18BP 敲除小鼠的肿瘤生长。这些结果提示 IL-18BP 的表达在癌症中很常见，并且可以充当可溶性免疫检查点阻断 IL-18 的功能。

图片来源：Nature

构建「诱饵抵抗」的 IL-18（DR-18）

鉴于 IL-18BP 对 rIL-18 免疫治疗的限制作用，是否可能构造一种保留信号转导能力，但不受 IL-18BP 的抑制的人工 IL-18 呢？作者使用蛋白质定向进化和酵母展示技术筛选了超过 2.5 亿的 mIL-18 突变体，经过五轮针对 IL-18Rα 的选择和针对 IL-18BP 的反选择，作者筛选得到与 IL-18R 抗体结合但不与 IL-18BP 结合的突变体 DR-18。

为了评估 DR-18 的功能，作者用 mIL-18 或 DR-18 变体 CS1 和 CS2 刺激了离体的 NK 细胞，并检测其 IFN-γ 的产生水平，结果发现 CS1 或 CS2 均能有效刺激 NK 细胞产生 IFN-γ，且不受 IL-18BP 抑制。

图片来源：Nature

DR-18 的肿瘤免疫治疗作用机制

那么，DR-18 在肿瘤免疫治疗中的作用如何呢？作者通过多种小鼠肿瘤模型发现，尽管用 mIL-18 治疗是无效的，而 DR-18 却可诱导强烈的肿瘤抑制作用。与抗 PD-1 单一疗法相比，DR-18 表现出相当甚至更好的疗效，DR-18 和抗 PD-1 的联合使用可产生协同反应，使得大多数治疗小鼠的肿瘤完全消退。

图片来源：Nature

为了研究 DR-18 治疗对肿瘤微环境的影响，作者进行了单细胞 RNA 测序的分析。结果发现在 DR-18 处理后，CD8⁺ T 细胞多表现为高表达效应分子和共刺激受体的效应 T 细胞表型（T_EFF，cluster CD8_1），而 mIL-18 或溶媒组的 T 细胞大多表现为耗竭型（TEX，cluster CD8_2）。

图片来源：Nature

进一步的动物实验发现 DR-18 增强了肿瘤浸润淋巴细胞的效应功能，并可扩增肿瘤内干细胞样 TCF1⁺ 前体 CD8⁺ T 细胞，以获得持久的免疫治疗反应。此外，DR-18 还可促进 NK 细胞的成熟和多功能性，从而对 MHC I 类分子缺乏的肿瘤（对免疫检查点抑制剂治疗无效）发挥治疗作用。

图片来源：Nature

转化研究：针对 IL-18BP 抗药性的人 IL-18

由于鼠源和人源的 IL-18 对其受体交叉活性极低，作者进一步地通过类似的方法开发了人的 DR-18（hDR-18）。类似地，hDR-18 可激活 hIL-18 报告基因细胞中的 NF-κB 信号，且不会被 IL-18BP 抑制，hDR-18 在人和食蟹猴外周血单核细胞中均可诱导 IFN-γ 的产生。

图片来源：Nature

总结

本研究发现 IL-18BP 可作为分泌性免疫检查点阻断 IL-18 在肿瘤免疫治疗中的作用；人工筛选得到的「诱饵抵抗」IL-18（DR-18）在小鼠肿瘤模型中表现出了强大活性，表明 IL-18 通路具有增强抗肿瘤免疫的潜力。DR-18 可扩增干细胞样 TCF1⁺ 前体 CD8⁺ T 细胞，使其向多功能性 T_EFF 细胞分化，并减少 TOX⁺ T_EX 细胞。这一机制与阻断 PD-1 的作用不同，PD-1 增强了 T_EX 细胞的效应功能，但并不影响干细胞样 CD8⁺ T 细胞的数量。

现有的癌症免疫疗法已被证明在治疗「热肿瘤」或以炎症为特征的肿瘤方面非常成功，然而「冷肿瘤」或缺乏免疫系统活性的肿瘤对目前使用的各种免疫疗法并不敏感。本文的作者之一 Bosenberg 表示：「因为 IL-18 可以作用于天然免疫细胞，如 NK 细胞，它有可能有效对抗对传统免疫疗法不敏感的「冷肿瘤」。」本文的研究表明 DR-18 可促进 NK 细胞对 MHC I 类分子缺失的肿瘤的反应，这是目前批准的免疫疗法尚无法解决的主要耐药机制。

当然，如果要将该成果推向临床，药物的毒副作用也是不得不考虑的问题。先前的研究表明 IL-18 的失调与许多自身炎症性疾病有关，IL18BP 双等位基因丢失与暴发性病毒性肝炎相关。因此作者推测，DR-18 疗法可能引起比先前的 rIL-18 临床试验更大的毒性，但作者同时表示，临床前研究表明 DR-18 在 0.001 至 1.0 mg kg-1 的各种剂量范围内均有效且耐受性良好。

据悉，本文的通讯作者 Aaron M. Ring 已成立了一家名为 Simcha Therapeutics 的公司，并希望明年开始在癌症患者中对该药物进行临床试验