免疫检查点CD276蛋白参与肿瘤发生发展作用机制的研究进展

陈忠婕，黄嘉如，胡 清，赵珍琴，陈俏俏，孙浚源，贾 静

杭州医学院 检验医学院、生物工程学院，浙江 杭州 310053

免疫检查点CD276分子,B7同源体3, 属于B7家族成员蛋白。人CD276基因是从树突状细胞的cDNA文库克隆出来,基因座位于15号染色体长臂,蛋白由534个氨基酸残基组成,分子量大约57 ku。CD276蛋白表达过程中可由可变剪切产生多种蛋白亚型,其中最常见的是亚型2IgB7-H3与4IgB7-H3。2个亚型的DNA长度、蛋白结构及功能各不相同,4IgB7-H3是人类肿瘤细胞内的主要亚型。2IgB7-H3具有膜结合型和可溶型2种存在形式,而4IgB7-H3仅有膜结合型。

CD276蛋白在多种肿瘤中表达上调,其较高的表达水平与患者预后不良密切相关。作为免疫检查点分子,CD276与肿瘤的免疫逃逸密切相关,是肿瘤免疫治疗研究的热点靶标,此外,CD276分子还参与调控肿瘤干细胞形成、肿瘤血管生成、肿瘤微环境等生物学过程,促进肿瘤发展。CD276的配体并不十分明确,至2019年才筛选到CD276非特异性的配体分子,有IL20RA、phospholipase A2 receptor 1(PLA2R1)、matrix remodeling associated 5(MXRA5)。对于CD276蛋白的研究,还有很多的未知领域,其参与肿瘤发生发展的病理机制尚未阐述清楚,本综述将介绍CD276在肿瘤发生发展的病理机制中的作用、调控机制及CAR-T(chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy)细胞疗法等肿瘤免疫治疗中的研究进展。

1 CD276参与肿瘤发生发展的作用机制

1.1 CD276与肿瘤免疫逃逸

肿瘤免疫逃逸是肿瘤的标志特征之一。CD276蛋白在肿瘤细胞及肿瘤干细胞表面表达上调,可通过多种方式帮助肿瘤逃避免疫细胞的监视。作为肿瘤上皮细胞-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)的免疫检查点,CD276可作用于雷帕霉素的哺乳动物靶标(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路,抑制γ-干扰素(interferon gamma,IFN-γ)表达[1],下调CD8+T细胞、NK细胞的抗肿瘤活性[2]。CD276还可作用于肿瘤内部抑制性的髓系免疫细胞,通过抑制凋亡通路,增加肿瘤内髓源性抑制细胞、肿瘤相关巨噬细胞等未成熟髓系细胞的数目,促进肿瘤组织内CCL2的表达与M2型巨噬细胞极化;并通过CCL2-CCR2-M2巨噬细胞途径发挥免疫抑制的作用[3]。CD276还可能与其他抑制性的免疫检查点程序性死亡受体(programmed cell death protein 1, PD-1)、细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(cytotoxic T-lymphocyte antigen-4, CTLA4)等协同发挥免疫抑制作用。在预后较差的高风险肿瘤患者体内,CD276、PD-1、CTLA4等免疫抑制作用的检查点分子表达往往上调。联合靶向CD276和 PD-1抗体药物治疗的临床研究(NCT02475213)显示联合靶向免疫检查点分子是有效的肿瘤免疫治疗方法[4]。

1.2 CD276在肿瘤进展中的作用

除了免疫逃逸,CD276在肿瘤进展中还参与免疫逃逸无关的其他重要环节,与肿瘤的侵袭与转移、能量代谢、血管新生、肿瘤细胞耐药、外泌体分泌等生物学行为密切相关。阐述清楚CD276参与肿瘤进展的多种生物学功能与病理机制,开发同时从不同的病理机制靶向CD276的药物, 有助于改善疗效及预后。

1.2.1 CD276与肿瘤侵袭和转移: CD276与多种肿瘤的侵袭和转移相关[5-6]。CD276参与多个肿瘤相关信号通路,其下游蛋白质或激酶,是肿瘤的EMT和转移的重要蛋白质,从而促进肿瘤转移和侵袭。CD276可上调神经钙黏附蛋白(N-cadherin)和波形蛋白(vimentin)的表达促进EMT,这一调控机制经由活化Raf/MEK/ERK信号通路[7]。CD276还可上调基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)MMP9、MMP2的表达,降解细胞外基质,破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障,诱导细胞外基质重塑,促进肿瘤细胞转移。CD276对MMP9的表达调控通过活化酪氨酸蛋白激酶JAK2/信号传导及转录活化子3(tyrosine-protein kinase JAK2,JAK2)/(signal transducer and activator of transcription3,STAT3)信号通路;CD276还通过活化磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B,PI3K/AKT)信号通路,促进MMP2蛋白表达[6]。

CD276还可抑制E钙黏附蛋白(E-cadherin)表达促进肿瘤细胞的EMT,CD276通过活化JAK2/STAT3信号通路,上调E-cadherin抑制性的锌指转录因子Slug表达。

CD276还可与纤黏蛋白形成复合体,活化下游PI3K、P38等激酶,促进肿瘤EMT。

1.2.2 CD276与肿瘤血管新生: CD276参与肿瘤血管新生的病理机制。鳞状细胞癌患者基于血管新生基因图谱进行分子分型,CD276 mRNA表达水平在血管新生亚型中明显上调[8]。肿瘤相关内皮细胞中,CD276的表达水平明显上调;CD276可促进血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表达与分泌[9],直接促进肿瘤血管新生。CD276对VEGF的调控经由活化NF-κB信号通路。富集表达的CD276蛋白还可放大肿瘤相关巨噬细胞的促肿瘤血管新生功能[10],间接促进肿瘤血管新生。

CD276蛋白在病理性血管新生中高表达,而在生理性血管发生中无明显变化,开发靶向CD276的肿瘤治疗药物,可靶向肿瘤细胞与肿瘤血管,多途径抑制肿瘤。抗CD276抗体治疗可显著改善肿瘤血管失调、增强化学治疗(简称化疗)和PD-1免疫治疗效果[11]。

1.2.3 CD276与肿瘤能量代谢:肿瘤细胞内代谢紊乱。CD276可从多个方面参与调控肿瘤能量代谢。CD276可促进肿瘤细胞的无氧糖酵解,CD276可上调并稳定缺氧诱导因子1(hypoxia inducible factor 1 subunit alpha,HIF1α)蛋白,调控HIF1α信号通路下游蛋白乳酸脱氢酶A(recombinant lactate dehydrogenase A,LDHA)、磷酸肌醇依赖性激酶-1(recombinant phosphoinositide dependent protein kinase 1,PDPK1)、甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)等糖酵解途径的关键酶,促进肿瘤细胞的无氧糖酵解。CD276还可促进肿瘤细胞的有氧糖酵解,CD276通过上调己糖激酶2(promoting hexokinase 2, HK2)、M2 型丙酮酸激酶(pyruvate kinase M2,PKM2)等糖酵解酶的表达,促进肿瘤细胞的葡萄糖消耗和乳酸产量,增强肿瘤细胞的有氧糖酵解;CD276还可通过活化STAT3信号通路,促进PKM2蛋白磷酸化,提高肿瘤细胞乳酸生成[11]。CD276还可与糖酵解酶烯醇化酶-1(enolase 1,ENO1)直接相互作用,上调LDHA的表达,促进肿瘤细胞ATP的产生及乳酸累积。

除了能量代谢,CD276还参与调控其他代谢途径。CD276也参与脂类代谢途径。CD276蛋白可活化脂肪前体细胞的糖酵解和线粒体活性[12];通过影响甾醇反应元件结合蛋白1/脂肪酸合成酶(sterol response element-binding protein 1/fatty acid synthase,SREBP-1/FASN)信号通路,调控肿瘤细胞内的脂代谢途径。头颈鳞癌患者的铁死亡基因图谱分型结果显示,CD276与细胞铁死亡途径密切相关[13]。

1.2.4 CD276与肿瘤化疗耐药: 肿瘤细胞CD276表达上调从多种途径与通路介导了肿瘤细胞的化疗耐药[14]。CD276可促进宫颈癌干细胞的自我更新,介导宫颈癌细胞的顺铂耐药[15]。CD276可上调B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)表达,抑制肿瘤细胞凋亡,促进肿瘤细胞化疗耐药;CD276还可促进sirtuin1蛋白表达,抑制肿瘤细胞衰老,帮助肿瘤细胞抵抗化疗药物。CD276对Bcl-2、sirtuin1的表达调控均通过活化PI3K/AKT信号通路。CD276可上调p38 MAPK激酶磷酸化水平及活性,增强肿瘤细胞的化疗耐药能力,CD276通过下调双特异性MAP激酶磷酸酶 DUSP10的表达水平,抑制其对p38 MAPK激酶的去磷酸化作用,调控肿瘤细胞的化疗耐药。

1.2.5 CD276参与肿瘤进展的其他方式: CD276与肿瘤干性相关。肿瘤干性基因与CD276共表达,CD276表达上调可促进肿瘤干细胞的免疫逃逸和化疗耐药。肿瘤干细胞通过TGF-β、Hedgehog等肿瘤干性相关的信号通路上调CD276的表达水平,促进肿瘤转移[16]。靶向CD276的药物可对肿瘤干细胞进行有效清除[17]。

CD276与肿瘤微环境内免疫细胞的招募和功能相关。还可调控肿瘤细胞的外泌体分泌。CD276还可用于肿瘤诊断与分型[18]。

2 CD276的调控机制

2.1 非编码RNA调控CD276表达水平

非编码RNA对CD276表达调控较为重要。已知若干个可调控CD276表达的非编码RNA。miR-29c是CD276重要的上游调控非编码RNA,多种肿瘤内均发现miR-29c可下调CD276表达,抑制肿瘤进展。在肿瘤内,CD276、miR-29c-3p、与原癌基因Myc可形成反馈环路影响CD276功能。高水平表达的CD276可增强Myc磷酸化水平,从而抑制miR-29c-3p表达,消除miR-29c-3p对CD276的抑制作用。

2.2 CD276的其他调控方式

CD276也受转录水平的调控。p38 MAPK-eIF4E信号通路是启动CD276转录的关键,SUPT20H(SP20H)与eIF4E分别是CD276在肿瘤中表达的重要调控因子[19],抑制SP20H可活化p38 MAPK-eIF4E信号通路,促进CD276表达。转录因子NF-κB亚基p65蛋白与含溴域蛋白4(bromodomain-containing protein 4,BRD4),均可在转录水平调控CD276 mRNA的表达。

CD276蛋白也受到翻译后修饰水平的调控。甲基化、糖基化等各种修饰方式均可调控CD276的表达与功能。岩藻糖基转移酶(fucosyltransferase 8,FUT8)可介导CD276蛋白的异常N-糖基化维持其高表达,抑制三阴乳腺癌内的免疫反应。

CD276蛋白的胞内定位也可受到调控。Nutlin-3刺激下,CD276可与MDM2蛋白直接结合,且Nutlin-3可以p53依赖的方式诱导CD276在细胞膜表面表达。

3 CD276肿瘤治疗中的作用

CD276诸多特点使其成为肿瘤治疗研究的前沿靶点。以CD276为靶点的免疫治疗药物包括单抗、双特异抗体、小分子抗体、抗体偶联药物(antibody-drug conjugate,ADC)、嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor T-cell,CAR-T)等。

若干靶向CD276抗体类药物已陆续进入临床试验,表现出良好的疗效及有限的毒副作用。ADC药物可经由偶联的CD276抗体将药物靶向递送到CD276高表达的肿瘤细胞,诱导肿瘤细胞死亡。靶向CD276的ADC药物DS-7300在Ⅰ期临床试验中表现出较好的疗效,已启动Ⅱ期临床试验,评估对广泛性小细胞肺癌患者的疗效和安全性。CD276单抗药物131I-omburtamab,对中枢神经系统肿瘤患者的分割放疗Ⅰ期临床研究显示,该方法安全、有效[20]。

以CD276为靶点的CAR-T细胞疗法也应用于多种肿瘤的临床研究或临床前研究。CD276 CAR-T治疗弥漫性固有桥脑胶质瘤的Ⅰ期临床研究(NCT04185038)显示部分患者的临床与影像学症状持续改善,颅内反复注射CAR-T给药可诱导局部免疫活化[21]。急性髓系白血病的体外共培养模型与小鼠异种移植模型中,CD276 CAR-T治疗均表现出有效的抗原依赖性毒性,副作用在可接受范围内[22]。非典型畸胎瘤/横纹肌瘤、脑胶质瘤、基底细胞瘤、前列腺癌等多种实体瘤肿瘤细胞内,靶向CD276 CAR-T治疗均表现出应用前景。

串联型CAR-T(tandem CAR-T, TanCAR-T)比单特异性的CAR-T细胞诱导细胞溶解的能力更强。同时靶向CD70与CD276的双特异性CAR-T,可有效控制肺癌和黑色素瘤异种移植动物模型的肿瘤生长,提高受治疗动物的总体存活率。

靶向CD276的CAR-NK细胞疗法也可抑制肿瘤生长。缺失抑制性受体NKG2A的CD276-CAR NK-92细胞,可在体外靶向CD276,有效杀伤黑色素瘤和急性髓系白血病细胞,且不受免疫抑制因素影响[23-24]。

4 问题与展望

CD276在肿瘤的病理机制中,参与了肿瘤的免疫逃逸、肿瘤转移、血管生成、能量代谢等多个生物学过程,肿瘤组织中CD276的蛋白表达水平与肿瘤耐药和肿瘤预后密切相关。采用CD276为靶点的治疗策略在针对多种肿瘤细胞的治疗研究中都体现了良好的效果与安全性。然而CD276在肿瘤病理机制中的功能尚有很多问题亟需阐明,CD276的功能研究文献也报道了很多不一致甚至相反的结果,其特异性的配体目前尚未有结论。还需要开展大量的工作,探索CD276在肿瘤发生发展中的具体作用机制。随着对CD276参与肿瘤发展病理机制的研究逐渐深入,靶向CD276的治疗药物与方法将逐步得到改进,并有极大的希望最终应用于临床。