惡性腫瘤為台灣國人十大死因之首，更是蟬聯超過 40 年的冠軍。即使醫療科技的進步，腫瘤所導致的死亡人數依然還是居高不下。近年來，免疫療法已經被視為最具有前景的一種新興治療手段。其原理為透過強化人體的免疫系統，增強免疫細胞毒殺癌細胞之功能，進一步使腫瘤縮小或消失。臨床上已證實，免疫療法對於許多血液惡性腫瘤（haematological cancer）有顯著的療效，然而對於多數固態腫瘤（solid tumor）的抑制效果還是很有限。盡管造成免疫治療反應差異的原因很多，但其中一個主因可能為血液和固態腫瘤細胞表面上免疫調節蛋白的不同。
許多癌細胞上大量表現 CD47 受體，亦稱不要吃我受體（don’t eat-me receptor），使其逃避巨噬細胞對癌細胞的吞噬作用（phagocytosis）。然而研究發現，單純阻斷 SIRPα-CD47 免疫檢查點是不足以促進巨噬細胞對腫瘤細胞進行吞噬作用（圖一左圖），而是必須與吃我受體 （eat-me receptor）協同作用下才可發生 [1]。因此，為了提升免疫療法對固態腫瘤的療效及反應，美國德州大學安德森癌症中心的 Wen Jiang 團隊設計了一種雙特異性腫瘤轉化奈米粒子 （bispecific tumor-transforming nanoparticles, BiTNs）。該特殊的奈米粒子載有針對巨噬細胞上吃我受體 SLAMF7 的重組 SLAMF7 配體【註一】，另外擁有針對表現在乳癌細胞上的 HER2 的抗體【註二】，並稱之為 BiTNHER。這些奈米載體會裝飾固態腫瘤細胞上的 SLAMF7，從而觸發巨噬細胞上的吃我受體 SLAMF7，並在阻斷 SIRPα-CD47 檢查點的同時啟動吞噬作用（圖一右圖）。
【註一】信號淋巴細胞激活分子家族成員 7（signaling lymphocyte activation molecule 7, SLAMF7）為一表面蛋白，可以促進巨噬細胞偵測及使癌細胞被吞噬的重要分子，但此蛋白只在血液腫瘤的細胞表面表現，卻不在固態腫瘤上。許多免疫細胞也表現 SLAMF7，並對免疫細胞抗癌作用扮演重要的角色。
【註二】人類表皮生長因子受體 （human epidermal growth factor receptor 2, HER2）會促進乳癌細胞增生、促進轉移、引起抗藥性，而導致治療失敗。臨床上，約有 25%-30% 的乳癌患者被檢測出 HER2 陽性反應，而此類患者可使用 HER2 標靶藥物進行治療。
圖一、此研究雙特異性腫瘤轉化奈米粒子（BiTNs）之設計及其在固態腫瘤誘導巨噬細胞吞噬作用機制之示意圖。
圖片來源：Nat. Nanotechnol. 2022, doi : https://doi.org/10.1038/s41565-022-01244-8
為了評估 BiTNHER 對於 HER2 乳癌之專一性及同時與阻斷 CD47 合併療法在動物體內抗腫瘤的能力，作者使用了表現 HER2 蛋白之老鼠乳癌細胞株 TUBO 和缺乏HER2 蛋白之老鼠乳癌細胞株 4T1，並搭配小鼠乳癌原位腫瘤模型。結果顯示，原位腫瘤處注射 BiTNHER 和 CD47 抗體後，可以抑制 TUBO 乳癌細胞在小鼠體內的生長，並使小鼠的存活率提升（圖二 a）。然而，此抗腫瘤的現象卻沒有在攜帶 4T1 乳癌細胞的小鼠體內觀察到（圖二 b）。意味著， BiTNHER 可以很專一地將高度表現 HER2 的 TUBO 細胞轉化為高度表現 SLAMF7 之腫瘤，並强化了阻斷 CD47 後之抗腫瘤的功效。
圖二、評估 BiTNHER 及阻斷 CD47 之合併療法在小鼠體內抗腫瘤的能力。量測在不同療法的條件下，攜帶（a）TUBO 乳癌細胞或（b）4T1 乳癌細胞的原位腫瘤之大小和小鼠的存活率。
圖片來源： Nat. Nanotechnol. 2022, doi : https://doi.org/10.1038/s41565-022-01245-7
研究團隊用另一高度表現 HER2 蛋白的小鼠乳癌細胞株 EO771/E2，來檢測 BiTNHER 及阻斷 CD47 聯合療法在另一小鼠品系中抗腫瘤的能力，其結果顯示和作用於 TUBO 乳癌細胞腫瘤相似。並且發現額外添加 programmed death protein 1 （PD1）抗體，可大大提升在動物體內抗腫瘤的能力（圖三 a）。此結果被認為透過阻斷 PD1 及 CD47，並搭配 BiTNHER 之三重聯合療法可以誘導更強烈的免疫反應，進一步抑制腫瘤之生成。然而，當研究人員利用 STING 【註三】基因剔除（STING Knock-Out, KO）的小鼠觀察腫瘤生成時， BiTNHER 抗腫瘤的作用完全被消除（圖三 b）。接著，比較經過三重聯合療法後的野生型（wild-type, WT）和 STING KO 小鼠，WT 小鼠原位瘤內巨噬细胞及樹突細胞中 STING 下游轉錄因子 IRF3 被磷酸化，並且轉移至細胞核中（圖三 c及 e），此現象卻沒在控制組及 STING KO 小鼠中發現（圖三 c 、d 及 e）。另外，該三重聯合療法能促使 WT 小鼠原位瘤中浸潤的巨噬細胞內 IFNα 和 IFNβ 信使 RNA 表現增加（圖三 f）。以上實驗結果皆證明，宿主細胞中 STING 的活化對於 BiTNHER 和免疫治療的腫瘤抑制作用扮演至關重要的角色。
【註三】腺苷酸合成酶（cGAS）－ 干擾素刺激因子（stimulator of interferon genes, STING） 訊號途徑參與了在 CD47 阻斷和化療聯合治療下引起的免疫活化反應 [2]。此篇研究利用 STING KO 小鼠探討 BiTNs 的抗癌作用，是否會透過宿主免疫細胞 cGAS–STING 訊號途徑。
圖三、STING 訊息途徑的活化參與了三重聯合療法所引起的抗癌免疫反應。在不同療法的條件下，被注射 EO771/E2 癌細胞的（a）WT 或（b）STING KO 小鼠身上的原位腫瘤之大小和小鼠的存活率。利用免疫染色觀察（c）WT 或（d）STING KO 小鼠原位乳癌中巨噬细胞及樹突細胞內 IRF3 的磷酸化表現和位置，並量化其結果（e）。WT 小鼠腫瘤內巨噬細胞的 IFNα 和 IFNβ 信使 RNA 表現增加（f）。 圖片來源： Nat. Nanotechnol. 2022, doi : https://doi.org/10.1038/s41565-022-01245-7
為了測試 BiTNs 能否標靶其他種類的乳癌，研究團隊將 HER2 抗體置換為葉酸 （folate），並稱之為 BiTNFO，用以標靶三陰性乳癌（triple-negative breast cancer, TNBC）【註四】。利用缺乏 HER2 蛋白但表現葉酸受體之老鼠乳癌細胞株 4T1，研究人員再次證實注射 PD1、CD47 抗體及 BiTNFO 奈米粒子至原位腫瘤之三重聯合療法可以大幅抑制腫瘤生成（圖四 a 及 b）。並且進一步發現，三重聯合療法可以改變腫瘤微環境，使更多抗癌免疫 T 細胞（IFN-γ+CD8+ T 細胞）及樹突細胞浸潤於腫瘤中；相反的，抑制了會促進癌症成生的調節 T 細胞（regulatory T cells, Tregs）及骨髓來源的抑制性細胞（myeloid-derived suppressor cells, MDSCs）的腫瘤浸潤（圖四 c 及 d）。為了驗證該三重聯合療法是否也能抑制已經轉移的癌細胞，作者將已經被處以治療之原位腫瘤手術移除後，並持續對小鼠進行三重聯合療法（圖四 a 的 Treatment A）。結果顯示，持續給予小鼠三重聯合療法不但抑制腫瘤轉移（圖四 e），並也觀察到小鼠活率明顯提升（圖四 f）。為了更貼近臨床治療的方式，被注射 4T1 癌細胞的老鼠在注射十二天後手術移除原位腫瘤，期間並沒有接受任何治療。腫瘤移除後，才開始持續施於 PD1、CD47 抗體及 BiTNFO 三重聯合療法（圖四 a 的 Treatment B）。即使後來才給予治療，小鼠體內的癌轉移依然可以被抑制，其存活時間也可大幅延長。Treatment B 實驗證實了，三重聯合療法即使不先用於原位腫瘤上，事後依然可以清除小鼠體內轉移後殘留的癌細胞。
【註四】三陰性乳癌細胞表上缺乏雌激素（ER）、黃體素（PR）和第二型人類上皮生長受體（HER2）這三種荷爾蒙受體，因此不適用荷爾蒙及以上受體之標靶療法，治療手段相當受限，被視為最棘手的乳癌，佔所有乳癌患者約15%。但該乳癌細胞表面有大量葉酸受體，可視為治療的標靶。
圖四、（a）4T1 乳癌細胞遠端轉移及其治療方式的動物實驗示意圖。量測經過三重聯合療法後（b）原位腫瘤的大小、（c） CD8 和 CD4 T 細胞數量及（d）樹突、吞噬和骨髓來源的抑制性細胞數量。經過 Treatment A 後，不同條件下（e）小鼠體內轉移之癌細胞數量及（f）小鼠存活率。經過 Treatment B 後，不同條件下（g） 小鼠體內轉移之癌細胞數量及（h）小鼠存活率。
圖片來源： Nat. Nanotechnol. 2022, doi : https://doi.org/10.1038/s41565-022-01245-7
結論，該團隊以現有免疫療法如何攻克血液腫瘤為借鏡，利用奈米粒子技術 BiTNs，將 SLAMF7 移花接木至固態腫瘤上，使其喬裝成類似於血液腫瘤。SLAMF7 的高度表現打開了「吃我」信號，促進巨噬细胞吞噬腫瘤細胞。 BiTNs 在活化巨噬细胞的 cGAS-STING 訊號途徑後，也大大提升了抑制 CD47 及 PD1 所帶來的抗癌療效，使得固態腫瘤對免疫療法更為敏感。該技術提供了對付固態腫瘤的新策略，未來有望成為臨床上新的腫瘤免疫療法。
Main Article:
Lu, Y., Huntoon, K., Lee, D., Wang, Y., Ha, J., Qie, Y., … & Jiang, W. (2022). Immunological conversion of solid tumours using a bispecific nanobioconjugate for cancer immunotherapy. Nature nanotechnology, 17(12), 1332-1341. https://doi.org/10.1038/s41565-022-01245-7
參考文獻：
[1] Tang, Z., & Veillette, A. (2022). Improving treatment of solid cancers by nanoconjugate-mediated immune conversion of tumour cells. Nature Nanotechnology, 17(12), 1243-1244. https://doi.org/10.1038/s41565-022-01244-8
[2] von Roemeling, C. A., Wang, Y., Qie, Y., Yuan, H., Zhao, H., Liu, X., … & Kim, B. Y. (2020). Therapeutic modulation of phagocytosis in glioblastoma can activate both innate and adaptive antitumour immunity. Nature communications, 11(1), 1508. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15129-8
撰文｜張櫂杬
審稿｜張曉瑜
