2018唐獎回顧報導──酪胺酸激酶抑制劑的作用機制與免疫調節功能

2018 年唐獎生技醫藥獎頒發給三位科學家：東尼‧杭特 (Tony Hunter)、布萊恩‧德魯克爾 (Brian J. Druker)、約翰‧曼德森 (John Mendelsohn)。由探索蛋白質酪胺酸磷酸化 (tyrosine phosphorylation) 的機制開展，發現酪胺酸激酶 (tyrosine kinase) 在癌症進程中的關鍵角色，進而發展出小分子藥物抑制其作用，開創癌症標靶治療之先河。

生物體內的訊息傳導路徑常仰賴蛋白質上特定胺基酸的磷酸化活化下游分子，調節生物功能，影響細胞的生長與代謝。其中，酪胺酸磷酸化影響生物體內包含細胞增生、細胞週期調控、代謝恆定、轉錄活化、分化與發育等生理現象，在蛋白質功能的調節作用中扮演重要角色 [1]，而酪胺酸激酶通常只在受到特定刺激時才會活化，並啟動下游的訊息傳導。當這些重要的生物途徑失去正常的調控，則可能致使細胞癌化。

 

酪胺酸激酶抑制劑於慢性骨髓性白血病臨床治療之應用
慢性骨髓性白血病 (chronic myeloid leukemia, CML) 是由骨髓性細胞 (myeloid cell) 在骨髓中不正常增生、並堆積於周邊血液所引起。此現象之遺傳機制起源於第九號染色體長臂與第二十二號染色體長臂發生易位，形成名為「費城染色體」 (Philadelphia chromosome, Ph) 的異常染色體型態，並產生致癌的 BCR-ABL 融合基因（圖一）。

BCR-ABL 編譯了一種持續性活化的酪胺酸激酶，這項分子變異亦是造成 Ph 陽性 (Ph-positive, Ph+) CML 與急性淋巴母細胞白血病 (acute lymphoblastic leukemia, ALL) 的主因 [2]。多年來，針對 CML 的標靶療法以之為標的，應用酪胺酸激酶抑制劑 (tyrosine kinase inhibitors, TKIs)，抑制變異的酪胺酸激酶的活性，控制癌細胞生長（圖二）。常見的 TKIs 包含伊瑪替尼 (Imatinib) 、達沙替尼 (Dasatinib) 、尼羅替尼 (Nilotinib) 等。其中，Imatinib 是由德魯克爾博士的團隊於2001年研發 [3]，也是第一個應用於臨床的 TKI 藥物，革新了 CML 的治療方式。近年研究指出，TKIs 可透過直接或間接地影響免疫細胞功能，引致免疫調節作用，發揮抑癌效果。

酪胺酸激酶抑制劑如何誘導免疫調節作用？
由於作用機轉各異，不同的 TKIs 可能會影響免疫細胞作用的不同面向 （圖三）[4]。Imatinib 主要的作用是造成淋巴球減少症 (lymphopenia) ，並減少免疫球蛋白含量；Nilotinib 則會抑制 CD8+ T細胞的功能；Dasatinib 可說是效力最強的TKI之一，透過干擾 Src 蛋白家族中多種激酶的作用，影響後天免疫作用的訊息傳導，同時，它也會抑制T細胞的增生與活化，亦具有干擾自然殺手(natural killer, NK) 細胞分化與成熟的作用。

除了上述之外，臨床觀察發現，此三種藥物的應用，對患者體內之抗體免疫與細胞免疫皆有影響。在抗體免疫方面，因 TKIs 針對 B 細胞訊息傳導路徑中的激酶具有脫靶抑制 (off-target inhibition) ，進而多樣化地抑制 CML 病患 B 細胞[5]，包含影響整體細胞傳訊路徑，記憶型 B 細胞之數量及功能等。而在細胞免疫方面，則可以發現病人在經  TKIs  治療後之疾病緩解期中，體內可觀察到對於白血病相關抗原 (leukemia-associated antigens, LAAs) 專一的胞毒T細胞反應 (cytotoxic T lymphocyte response, CTL response) ，意味著原先體內低落的胞毒T細胞抗白血病效應反應 (anti-leukemic effector response) 在治療後復原 [6]。此外，TKIs 的作用也會影響抑制性免疫細胞的作用，在診斷初期，CML患者體內調節性T細胞 (regulatory T cells, Treg) 量往往高於健康組別，造成免疫無反應性 (anergy) ，治療後Treg數量則降低 [7]。

TKIs 停藥後的免疫反應
CML的治療過程當中，若體內的癌症基因含量達到深度分子學反應 (Deep molecular response, DMR) [註一]，則可能可以停用TKI，進入無治療緩解 (treatment-free remission)。由於部分患者在長期服用TKI之後可能會產生對藥物的不良反應及抗藥性，加上長期用藥造成心理及經濟的負擔，因此無治療緩解可以成為治療的一個手段 [8]。然而，在停藥之後病人體內的免疫反應究竟有何變化呢？

根據 Hughes 與 Yong 團隊的臨床研究，血液中各種免疫細胞的表面受體數量在病患停藥後產生改變。使用 imatinib 治療的患者，在完成療程停藥之後，可以測得體內 NK 細胞表面的 NKG2D 受體、CD16 受體以及 CD57 受體的表達量會提高，進而回復 NK 細胞的功能。此外，具有抑制免疫功能的細胞，例如：骨髓來源的抑制細胞 (Myeloid-derived suppressor cells, MDSCs) 、調節性T細胞以及程序性死亡蛋白-1 (Programmed cell death protein 1, PD-1) 的數量都有顯著的下降，以提升整體免疫功能，更加證實了 NK 細胞的功能在 CML 中扮演了關鍵的角色。最重要的是，這些免疫細胞數量的改變將有助於延長無治療緩解的週期，並可避免 CML 的復發[6]。

綜合數項 dasatinib 停藥後的研究結果顯示，在停止服用 dasatinib 後，體內亦可以偵測到增加的 NK 細胞，暗示著免疫功能的提升；令人興奮的是，有一個患者經歷超過兩年的無治療緩解期之後，CD8+ T 細胞以及 NK 細胞有持久的上升現象[9]。

達沙替尼的免疫調節作用：不只是抑癌？
如前面所述，TKIs 在免疫上的角色引人入勝，而其中針對 dasatinib 的研究更讓科學家們發現其除了抑制癌症之外，亦有調節免疫作用的功能。研究發現在部分經 dasatinib 治療後的患者身上觀察到的較特異的大顆粒性淋巴球 (large granular lymphocyte, LGLs) 增多 (LGL lymphocytosis) 與 NK 細胞分化之現象。

LGLs 主要組成為胞毒性細胞，包含 CD8+ 與 γδ T 細胞與 NK 細胞。CML 與 Ph+ ALL 患者經 dasatinib 治療，相較於大多數病患經 TKIs 治療後的淋巴球數量下降 (lymphopenia)，若產生較特異之 LGL 擴增的現象，則治療效果較佳。Lissina 等人於2018年的研究 [10] 發現，這些 CML 患者體內的 LGLs 中，存在類似健康人的記憶性 CD8+ T 細胞的特殊亞群，然而其中作用機制仍待深究。Dasatinib治療也被發現在部分病人中能促使 NK 細胞產生細胞激素，增進其細胞毒性，並促使特定的 NK 細胞亞群（例如：經典NK細胞與成熟NK細胞）增加。在疾病緩解的病患中，亦觀察到更為成熟且胞毒性更強的 NK 細胞亞群，顯示透過治療或可恢復其 NK 細胞的功能性。

巨細胞病毒 (cytomegalovirus, CMV) 感染是常見於免疫抑制之病人 (如：癌症病患、愛滋病病患、器官移植術後病患）的疾病，而與 dasatinib 導致LGL 擴增的藥物作用相似的是，初次感染 CMV 的病人會產生淋巴球增多現象，特別是記憶性CD8+ T細胞與 NK 細胞擴增。是故 TKIs 的藥物作用與巨細胞病毒感染有何相似之處引發了科學家們的好奇。

Ishiyama 等人的研究 [11] 指出，經過不同 TKIs 之治療後，會有不同的 NK 細胞表現型。經 dasatinib 治療後的 CML 病人在感染巨細胞病毒後，其 NK 細胞的表現型呈現類似 CMV 相關標誌的高度分化態；經由 imatinib 或 nilotinib 治療者與健康族群在感染 CMV 之後，其 NK 細胞呈現過渡態的表現型；未感染 CMV 病毒之 CML 病人，NK 細胞則未表現出這些標誌。因此，NK 細胞分化的程度或可作為經 dasatinib治療後，人體對 CMV 感染預後與癌細胞數量減低的預測指標。進而我們可以延伸出在利用 dasatinib 控制癌症的同時，亦可增加免疫細胞對於病毒感染的抵抗力（圖四）。

在針對愛滋病病患的研究中，發現超過 83% 的HIV帶原的患者體內也可以偵測到 CMV 的感染，而CMV 帶原者服用 dasatinib 之後，體內 NK 細胞的數量改變亦有助於對抗HIV的早期感染，再次暗示著此藥物除了可以針對 CML 的治療之外，還具備抗病毒製的效果。由於 HIV 病毒的特性，目前治療使用抗病毒反轉錄的藥物 (antiretroviral treatment, ART) 並無法將病毒根除，若是使用 dasatinib 則可以直接抑制 SAMHD1 (dNTP之水解酶) 的磷酸化，降低細胞內 dNTP 的含量以達到抑制病毒複製的效果，或可減少病毒在宿主體內繁殖。此外，使用 dasatinib 來控制 HIV 感染可以降低 T 細胞活化，進而減少了 HIV 所造成的體內慢性發炎與老化的現象。綜合以上因素，dasatinb 對於體內免疫細胞的調節有助於細胞對抗病毒感染，若將 TKI 與 ART 互相搭配使用在學理上可以有效減緩HIV病毒的複製，但仍需擔心藥物合併使用時，藥物彼此間的交互作用以及藥物併用對藥物代謝的影響，這部分機轉則需要更進一步的研究來分析[12]。

結語
探討 TKIs 治療後的無治療緩解期間免疫調節的機制，除了有助於臨床上更精確的規劃 CML 療程亦提高此類藥物應用於治療 HIV 或其他病毒感染的可能性。在 CML 患者的 dasatinib 療程中，NK細胞、LGL 等細胞族群的擴增，都可能與較佳的癌症癒後、較長的緩解期、與良好的抗CMV免疫作用有關。除此之外，目前研究證據顯示 TKIs 可防止 HIV-1 的複製，未來若結合 ART 或其他免疫療法，dasatinib 等藥物或許可以有效地透過免疫調節作用 ，保護 CD4+ T 細胞與巨噬細胞不受感染，並啟動細胞毒性反應，不只為癌症治療帶來新解，更從免疫學角度為感染症帶來新的視野。

[註一]
深度分子學反應 (Deep molecular response, DMR) ：指癌症基因降低至少4或4.5個對數值，通常分別記作MR4或MR4.5，亦即其血液中致癌基因含量為未治療群體的1/10000或更低

參考文獻

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2. Druker, B. J., Tamura, S., Buchdunger, E., Ohno, S., Segal, G. M., Fanning, S., …Lydon, N. B. (1996). Effects of a selective inhibitor of the Abl tyrosine kinase on the growth of Bcr–Abl positive cells. Nature Medicine, 2(5), 561–566. https://doi.org/10.1038/nm0596-561

3. Druker, B. J., Talpaz, M., Resta, D. J., Peng, B., Buchdunger, E., Ford, J. M., …Sawyers, C. L. (2001). Efficacy and Safety of a Specific Inhibitor of the BCR-ABL Tyrosine Kinase in Chronic Myeloid Leukemia. New England Journal of Medicine, 344(14), 1031–1037. https://doi.org/10.1056/NEJM200104053441401

4. Climent, N., & Plana, M. (2019). Immunomodulatory Activity of Tyrosine Kinase Inhibitors to Elicit Cytotoxicity Against Cancer and Viral Infection. Frontiers in pharmacology, 10, 1232. https://doi.org/10.3389/fphar.2019.01232

5. de Lavallade, H., Khoder, A., Hart, M., Sarvaria, A., Sekine, T., Alsuliman, A., Mielke, S., Bazeos, A., Stringaris, K., Ali, S., Milojkovic, D., Foroni, L., Chaidos, A., Cooper, N., Gabriel, I., Apperley, J., Belsey, S., Flanagan, R. J., Goldman, J., Shpall, E. J., … Rezvani, K. (2013). Tyrosine kinase inhibitors impair B-cell immune responses in CML through off-target inhibition of kinases important for cell signaling. Blood, 122(2), 227–238. https://doi.org/10.1182/blood-2012-11-465039

6. Hughes, A., Yong, A. S. M. (2017). Immune effector recovery in chronic myeloid leukemia and treatment-free remission. Front. Immunol. 8, 469. doi: 10.3389/fimmu.2017.00469

7. D’Arena, G., Vitale, C., Coscia, M., Festa, A., Di Minno, N., De Feo, V., Caraglia, M., Calapai, G., Laurenti, L., Musto, P., Di Minno, G., & Fenoglio, D. (2017). Regulatory T Cells and Their Prognostic Relevance in Hematologic Malignancies. Journal of immunology research, 2017, 1832968. https://doi.org/10.1155/2017/1832968

8. Kimura, S. (2016). Current status of ABL tyrosine kinase inhibitors stop studies for chronic myeloid leukemia. Stem Cell Investig. 3, 36. doi: 10.21037/sci.2016.07.08

9. Imagawa, J., Tanaka, H., Okada, M., Nakamae, H., Hino, M., Murai, K., et al. (2015). Discontinuation of dasatinib in patients with chronic myeloid leukaemia who have maintained deep molecular response for longer than 1 year (DADI trial): a multicentre phase 2 trial. Lancet Haematol. 2, e528–e535. doi: 10.1016/S2352-3026(15)00196-9

10. Lissina, A., McLaren, J. E., Ilander, M., Andersson, E. I., Lewis, C. S., Clement, M., …Wooldridge, L. (2018). Divergent roles for antigenic drive in the aetiology of primary versus dasatinib-associated CD8+ TCR-Vβ+ expansions. Scientific Reports, 8(1), 2534. https://doi.org/10.1038/s41598-017-18062-x

11. Ishiyama, K., Kitawaki, T., Sugimoto, N., Sozu, T., Anzai, N., Okada, M., …Kadowaki, N. (2017). Principal component analysis uncovers cytomegalovirus-associated NK cell activation in Ph+ leukemia patients treated with dasatinib. Leukemia, 31(1), 203–212. https://doi.org/10.1038/leu.2016.174

12. Coiras, M., Ambrosioni, J., Cervantes, F., Miró, J. M., and Alcamí, J. (2017). Tyrosine kinase inhibitors: potential use and safety considerations in HIV-1 infection. Expert Opin. Drug Saf. 16, 547–559. doi: 10.1080/14740338.2017.1313224

撰文｜陳品萱、劉冠婷
審稿｜張彥安