补体系统在肿瘤免疫中的双重作用①

秦子一 唐文如 谢晓丽（昆明理工大学衰老与肿瘤分子遗传实验室，昆明 650500）

补体系统由50多种蛋白组成，不仅在免疫应答中起重要作用，参与调节酶、底物和通路激活，同时也参与肿瘤的发生发展［1-2］。补体蛋白存在于肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）中，其激活与沉积可在一系列肿瘤细胞和浸润细胞上检测到［3-4］。尽管补体被肿瘤细胞激活，但鉴于其在癌症中作用的高度多样性及产生和激活途径的异质性，这种激活是否真的有利于根除肿瘤一直存在疑问［5］。

最近研究表明补体系统在肿瘤免疫中的作用具有两面性。传统认为补体可在针对肿瘤细胞的免疫监视及消除中发挥作用，通过经典、凝集素或旁路途径激活，能够帮助抗原提呈细胞（antigenpresenting cells，APC）识别肿瘤细胞，同时形成膜攻击复合物（membrane attack complex，MAC）导致肿瘤细胞裂解，即补体依赖性细胞毒作用（complementdependent cytotoxicity，CDC）［6-7］。但越来越多的证据支持补体能够在TME中募集并激活免疫抑制细胞，包括肿瘤相关巨噬细胞（tumor associated macrophage，TAM）、肿瘤相关中性粒细胞（tumor-associated neutrophils，TAN）、调节性/致耐受性树突状细胞（dendritic cells，DC）、髓样来源抑制细胞（myeloidderived suppressor cells，MDSC）和调节性T细胞（regulatory T cell，Treg），促进免疫抑制性微环境形成从而促进肿瘤进展［8-9］。本课题组讨论补体系统在调节癌症免疫方面的双重作用，及以上发现在癌症新疗法设计中潜在应用方面的最新进展，认为在设计针对补体的癌症免疫疗法时需谨慎考虑其两面性。

1 补体促进抗肿瘤免疫

补体激活发生于TME，作为针对肿瘤细胞的防御机制，目前主要有两种观点。①补体系统参与针对恶性细胞的免疫监视：APC尤其是DC成熟对于肿瘤内效应T细胞功能的发展、维持及有效性至关重要，而补体能够帮助免疫系统识别恶性细胞，参与APC与T细胞的相互作用从而影响T细胞亚群的分化和功能。如APC产生C3并表达C3a和C5a受体（分别为C3aR和C5aR），这两者有利于APC的成熟和分化，并将有效的抗原呈递到T细胞，抑制C3aR1和C5aR1作 用 时，CD4+T细 胞 发 展 为Treg［10-11］。最近一个研究小组开发了一种特异性C3脂质体，靶向一系列带有活化C3衍生物受体的免疫细胞，其促进抗原向APC传递，随后触发T细胞反应，使用人工肿瘤抗原卵清蛋白C3脂质体进行肿瘤内治疗能够控制表达卵白蛋白肿瘤抗原的鼠淋巴瘤模型，消除了3/5的注射肿瘤，提示C3脂质体向APCs递送肿瘤抗原可启动一种有效的、全身性的抗肿瘤免疫应答［12］。此外一项放疗研究显示，C3aR1和C5aR1受到抑制时，肿瘤浸润的CD8+T细胞无法产生IFN-γ，从而影响治疗效果［13］。提示了补体在抗肿瘤免疫中的作用，而关于补体识别癌细胞所涉及的肿瘤相关抗原以及驱动该活化的确切机制还需要深入研究；②治疗性单克隆抗体的CDC［14］：理论上，如果补体被宿主抗肿瘤免疫球蛋白（如IgG）激活可能导致大量MAC插入细胞膜，杀死肿瘤细胞。曾有报道指出，从胃癌患者血清分离的抗体通过补体介导的途径诱导癌细胞凋亡，且该抗体在临床研究中能够诱导原发性胃癌消退［7］。但人类大多数肿瘤中作用于C1和C3转化酶水平的补体调节基因高表达、末端途径基因低表达现象强化了恶性细胞进化和适应以避免潜在的细胞裂解性MAC形成的假设［5］。目前研究发现补体仅在靶向治疗中被治疗性抗体充分激活（如针对恶性B细胞肿瘤的单克隆抗体抗CD20抗体）后才能进行细胞杀伤MAC组装，可通过CDC控制肿瘤生长［15］。补体在IgG1单克隆抗体对肿瘤控制中的作用有多种可能，补体的激活不仅导致CDC，还通过补体片段及其受体扩增免疫细胞的募集和活化，扩增Fc介导的IgG1抗体依赖性细胞毒性和抗体依赖性胞吞作用［16］。因此，进一步研究CDC在肿瘤免疫中的作用将有利于优化抗体治疗。

2 补体抑制抗肿瘤免疫

补体的抗肿瘤免疫功能通过肿瘤细胞的免疫监视和在单克隆抗体治疗肿瘤的疗效贡献中得到证实。但近年研究发现补体系统在肿瘤免疫中也可发挥免疫抑制作用，TME中失衡的补体激活诱导免疫抑制微环境，抑制效应T细胞活化，创造有利于肿瘤生长的环境。补体效应蛋白、肿瘤细胞以及TME中天然免疫和适应性免疫之间复杂的相互作用决定了肿瘤进展，在具有潜在促癌活性的补体成分中，主要对肿瘤进展起调节作用的包括：①C1q；②补体激活产物C3a和C5a；③膜结合补体调节蛋白（membrane-bound complement regulatory protein，mCRP）［17-18］。

2.1 C1q C1q是补体系统经典途径的子成分，属于C1q/肿瘤坏死因子超家族［19］。C1q基因在大多数肿瘤类型中过表达，这可能与TAM在TME中的浸润有关［5］。炎症环境下，巨噬细胞释放的C1q是一种异常信号，该信号激活门周围肝祖细胞中的β-catenin途径，可促进细胞增殖分化，从而导致肝癌发生［20］。在透明细胞肾细胞癌肿瘤中发现高表达C1q的TAMs，表现出免疫抑制微环境，同时C1q被癌细胞利用从而启动经典补体途径部分激活，这种独特的协同激活过程促进炎症和T细胞衰竭，有利于肿瘤进展［21］。研究表明，C1q极化的巨噬细胞表达较高水平的PD-L1和PD-L2，并抑制人类同种异体炎症性T细胞增殖，与补体细胞结合的补体蛋白C1q抑制人巨噬细胞和DC介导的Th1和Th17细胞亚群增殖，从而导致Treg增殖［22］。此外补体调节蛋白C1抑制物也可调节巨噬细胞极化，可能与调控C1q对巨噬细胞的作用有关。以上结果提示经典的补体通路是肿瘤细胞和TAMs合作激活的关键炎症机制，有利于癌症进展，并突出了潜在的治疗靶点，以恢复对癌症的有效免疫应答［21-23］。因此关于C1q在肿瘤免疫中的作用还需要更多研究确定其是否具有保护性或致病性。

2.2 C3a和C5a C3和C5酶切产生的C3a和C5a是具有重要功能的趋化因子，为肿瘤发展提供有利的TME［2，24］。

C3激活片段是调节免疫应答的关键效应器，肿瘤细胞衍生的C3a通过促进C3a-C3aR-PI3Kγ信号积累和免疫抑制活性募集C3aR+TAM，从而抑制抗肿瘤免疫，并导致PD-L1抗体治疗耐药性［25-26］。同时，POWELL等［27］和NABIZADEH等［28］研究表明，C3-C3aR信号调节B16-F0黑色素瘤中TAN和CD4+T细胞的抗肿瘤功能。此外，MDSCs可促进Treg和TAM形成，而iC3b能促进MDSCs产生，从而保护肿瘤细胞免受免疫系统和免疫疗法的杀伤。因此，MDSC与补体激活之间的联系对形成免疫抑制性TME至关重要［29-30］。

C5a是一种通过规范性途径（补体依赖性）和外部途径（凝血/纤溶蛋白酶）生成的促炎肽，其与C5aR结合后根据细胞类型不同促进一系列反应［31］。MEDLER等［32］发现uPA+巨噬细胞介导的C3依赖性C5a释放通过激活C5aR1+肥大细胞和巨噬细胞，在鳞状癌变过程中抑制CD8+T细胞毒性，促进了免疫抑制性微环境。同时，C5a是一种强效的MDSCs趋化剂，显著影响MDSCs活化和迁移，与其高亲和力受体C5aR1结合后，通过募集MDSC抑制T细胞应答激活对肿瘤进展至关重要的原发病和肿瘤免疫抑制，促进肿瘤进展和转移［32-35］。在肺癌小鼠模型中，C5a信号传导的阻断下调了肿瘤内MDSC和关键免疫抑制分子表达，包括ARG1、IL-10、IL-6、CTLA-4、LAG3和PD-L1［36］。以上研究表明肿瘤细胞衍生的C5a通过MDSC改变T细胞反应发挥免疫抑制作用，从而导致肿瘤进展。C5a在肿瘤微环境中的作用可能与浓度有关。一项研究比较了注射少量或大量C5a的鼠淋巴瘤细胞系的小鼠肿瘤进展，发现低浓度C5a促进Th1反应，而高浓度的C5a抑制Th1并促进Treg分化，表明肿瘤微环境中局部C5a的浓度对于确定其在肿瘤进展中的作用至关重要［37］。以上研究表明C5a促进免疫抑制性微环境并通过多种方式抑制T细胞介导的抗肿瘤反应。以上结果证明了补体在调节免疫应答中的双重作用。活化的补体分子的生理浓度可促进抗肿瘤免疫应答，而通常在病理学条件之前的慢性补体活化失衡与肿瘤进展有关。

自分泌补体C3a和C5a抑制IL-10依赖性CD8+肿瘤浸润淋巴细胞介导的抗肿瘤免疫，促进肿瘤进展［38］。在C3缺陷小鼠中，原发肿瘤和转移瘤的生长均受到强烈抑制，与IFN-γ+/TNF-α+/IL-10+CD4+和CD8+T细胞数量增加有关［39］。C3a和C5a在T细胞浸润到肿瘤中的作用表明，靶向该途径可能代表与免疫检查点抑制剂联合使用的新型治疗方法，补体受体作为T细胞共抑制受体的新作用有助于开发新的策略提高癌症免疫治疗的有效性［40］。

2.3 mCRPs除补体及其激活产物外，调控补体活化强度和范围的mCRPs也在肿瘤免疫抑制中发挥重要作用。癌细胞发展出多种策略逃避补体介导的损伤，最著名的逃逸机制是过表达mCRPs［7］。大多数肿瘤广泛表达CD46、CD55和CD59等mCRPs使肿瘤细胞逃避CDC和抗体依赖的杀伤机制，促进肿瘤生长。

膜辅因子蛋白CD46是一种跨膜糖蛋白，可在所有有核细胞中表达［41-42］。CD46可通过控制T细胞的活化、分化和极性调节适应性免疫应答，如CD46提供共同刺激信号促使幼稚CD4+T细胞分化为Th1细胞，但随着IL-2的积累，CD46共刺激的T细胞IFN-γ分泌减少而IL-10产生增加，因此从Th1细胞向Treg转换，同时，γδT细胞上的CD46活化可直接抑制其IFN-γ和TNF-α产生，可进一步产生肿瘤形成前的有利环境［43-46］。Treg被认为是最有效的抗肿瘤免疫抑制剂，其通过直接作用于活化T细胞或通过分泌免疫抑制性细胞因子（如IL-10和转化生长因子TGF-β）促进免疫抑制［47-49］。TME中这些细胞数量的增加赋予了肿瘤细胞生长和转移优势，并预示患者生存率显著降低［50］。以上数据表明CD46在时间和空间上均对适应性免疫应答有调节作用［7］。

衰变促进因子（decay accelerating factor，DAF，也称CD55）存在于所有血液成分和大多数其他细胞类型中。现已证明CD55的促肿瘤作用与体内适应性免疫应答抑制有关，在缺乏编码人类DAF鼠同源物的Daf1基因的小鼠中，CD4+T细胞增殖且IFN-γ和IL-2产生增多，IL-10产生减少，提示CD55在肿瘤细胞上过表达并抑制了T细胞介导的肿瘤杀伤［7，51］。CD97是一种主要在单核细胞和粒细胞上表达的EGF-TM7受体，是CD55的天然配体，研究结果表明，T细胞表面的CD55直接与APC表面的CD97结合并与CD3共同刺激导致T细胞活化，包括增加T细胞增殖、IL-10和GM-CSF产生。重要的是，CD55和CD97结合导致幼稚T细胞产生的行为类似于Tregs，如果在TME中表达则会促进肿瘤进展［3，7］。此外，OLCINA等［52］发现具有补体成分突变的大肠癌与缺氧信号增强和总体生存结果差有关，低氧诱导的CD55的表达使缺氧肿瘤细胞对补体介导的细胞毒性具有抗性。最近也有研究证明补体蛋白对肿瘤浸润B细胞应答的作用，LU等［53］证明了化疗诱导的补体信号促进了ICOS-L+B细胞的生成，从而增强了肿瘤特异性T细胞反应，而CD55的过度表达会抑制补体激活并阻止ICOS-L+B细胞的形成。

保护素CD59在保护自身组织中起至关重要的作用，可抑制补体级联中MAC形成［54］。在多种人类肿瘤类型中，编码末端途径负调控因子CD59的基因是所有补体基因中表达最高的基因之一［5］，且CD59在肿瘤干细胞中表达上调，保护其免受补体介导的细胞毒性，CD59沉默完全消除了植入干细胞样癌细胞的小鼠模型中的肿瘤［55］。除调节补体，CD59还影响CD4+T细胞活性。已有研究证明CD59在活化的CD4+T细胞表达上调，而CD59阻断可增强抗原特异性CD4+T细胞反应，包括增加对肿瘤抗原的免疫应答［56］。在生理条件下，CD59可能起限制T细胞介导的免疫病理学作用，而CD59阻断将增强抗原特异性T细胞应答，从而成为针对免疫应答较弱的疾病（如癌症）进行免疫治疗的目标。

以上研究表明mCRPs除调节补体外，还可通过抑制T细胞对肿瘤细胞的杀伤作用，从而促进肿瘤发展，抑制这些mCRPs的功能将增强基于单克隆抗体的免疫疗法［3］。

3 补体相关肿瘤免疫治疗

补体在肿瘤免疫中的双重调节作用可能对肿瘤免疫治疗具有重要意义。因此，补体是免疫疗法的潜在靶标。已有研究表明，在乳腺癌患者的TME中大量表达SUSD4（一种新的补体抑制蛋白）的T细胞与乳腺癌患者更好的整体生存有关［57］。然而，在某些患者和某些类型的癌症中，T细胞检查点抑制剂的疗效有限。同时，与目前在临床前或临床开发中的其他治疗性干预措施相比，抑制补体途径作为单一疗法的治疗效果不甚理想，因此，将补体抑制与T细胞检查点抑制剂相结合更可能为癌症患者带来益处［58-59］。多种肺癌临床前模型研究发现C5a阻断剂和PD-1抗体的组合可显著降低肿瘤的生长和转移，并延长生存期。同时，肿瘤患者CD8+T细胞和MDSC数量呈负相关，这可能导致CD8+T细胞耗竭的全逆转［60］。该研究为PD-1/PD-L1和C5a的联合阻断提供了临床前研究基础，以恢复抗肿瘤免疫应答，抑制肿瘤细胞生长并改善肺癌患者预后。有研究显示C5aR表达与肿瘤分化程度呈负相关，其调节TAM分化为促肿瘤的M2表型，并促进导致结肠癌肝转移的NF-κB信号，且肿瘤组织中补体成分C5-C5a的激活和乳腺癌细胞中C5aR的表达与肿瘤发生发展和不良预后有关，C5a/C5aR通路参与了乳腺癌的发病机制。因此C5a是一种潜在的肿瘤预后新标志物，靶向补体系统激活的药物，尤其是C5aR通路，可能为结肠癌和乳腺癌治疗提供新方向［61-62］。与此同时，阻断C5a/C5aR1提高检查点抑制剂的杀伤肿瘤效力的可行性和价值已成为Ⅰ/Ⅱ期研究（STELLAR-001，NCT03665129）的设计基础。在该试验中，正在将durvalumab（一种抗PD-L1单克隆抗体）与IPH5401（一种抗C5aR1单克隆抗体）联合用于某些实体瘤患者治疗（包括非小细胞肺癌）［5］。

同时，表达于各种肿瘤细胞表面的mCRPs不仅能够作为肿瘤形成的标志，还能进一步干扰抗肿瘤治疗，突显了阻断mCRPs治疗在癌症治疗中的重要作用。已有研究证明，可通过siRNA、单克隆抗体和相关抑制剂抑制mCRPs，从而增强补体依赖细胞毒性，杀死肿瘤细胞［63-65］。近期有研究靶向补体调节剂CD46的癌症免疫疗法，SHERBENOU等［66］在多发性骨髓瘤的小鼠异种移植模型中测试了抗CD46药物偶联物，其通过凋亡杀死肿瘤细胞，同时保留正常细胞。靶向肿瘤相关抗原和CD59的双特异性抗体可提高淋巴瘤小鼠模型的免疫治疗效率［67］。许多挑战和约束可能会阻碍该领域的开发和应用。深入研究补体系统和癌症之间的复杂网络对于探索有效的临床治疗至关重要。

此外，针对补体发挥的抗肿瘤免疫作用可与抗肿瘤疫苗研发结合，肿瘤抗原疫苗和肿瘤抗原荷载的DC疫苗代表了肿瘤免疫疗法中的另一种前景。研究表明补体激活可能通过增强抗原摄取和共刺激信号传导促进疫苗效力［68］。FLOREANI等［69］将C5a激动剂YSKFDMP（MeL）aR分别与两种不同的黑色素瘤抗原TRP2-P2和TYR共价连接并组装在DC，并将组装的DC注入小鼠体内，可抑制黑色素瘤生长。KOLLESSERY等［70］证明由C5a激动剂EP54或EP67组成的疫苗可保护小鼠免受RAW117-H10淋巴瘤侵害，尽管注射了致死剂量的RAW117-H10细胞，但与对照组相比，所有接种疫苗的小鼠均存活超过1年，该疫苗可预防可见的肝转移，并诱导对RAW117-H10具有特异性细胞毒性的CD8+T细胞。以上研究表明利用补体激活并在负载肿瘤抗原的DC上触发C5aR1依赖性信号传导可帮助患者引发有效的抗肿瘤免疫应答，因此补体在抗肿瘤疫苗设计中的作用值得深入探索［71］。

4 讨论

补体成分在癌症中作用的高度多样性及其产生和激活途径的异质性决定了补体蛋白在肿瘤免疫调节中的复杂和多方面的作用。补体系统在癌症中是一把双刃剑，一方面，补体一直被认为是免疫系统的一个效应臂，有助于破坏肿瘤细胞，另一方面，补体激活还直接和间接地参与肿瘤免疫抑制，从而促进肿瘤进展。了解补体如何在肿瘤形成时使促进抗肿瘤免疫转变为抑制抗肿瘤免疫，以及如何处理这种双重作用应成为重要的研究领域。但同时还应谨慎考虑小鼠和人类补体介导的免疫应答的差异，更好理解补体系统和肿瘤免疫之间的关系将为癌症免疫治疗提供新的突破。