你离诺奖只差一台CYTOF：看Allison教授如何揭示CTLA-4和PD-1影响临床免疫治疗的不同机制和途径

　　

2018年诺贝尔生理学或医学奖终于揭晓！美国德克萨斯大学安德森癌症中心免疫学系主任James P. Allison与日本京都大学高级研究学院的杰出教授Tasuku Honjo因为在肿瘤免疫领域做出的贡献，共同分享了该奖项。

Allison教授是癌症免疫疗法的先驱之一，被认为是分离出T细胞抗原（T-cell antigen）复合物蛋白的第一人，也被称“CTLA-4抗体Yervoy之父”， 主要以对T细胞抗原受体复合体、协同刺激分子受体以及刺激T细胞的其他分子的研究而知名。他发现了CTLA-4的存在和功能，CTLA-4是一个关键的T细胞检查点分子，阻断CTLA-4可能会使细胞毒性T细胞失去作用，使它们能够攻击癌细胞，在某些情况下还能提供长期的治疗方法。

在Allison教授所领导的免疫治疗平台和项目中，CYTOF质谱流式（mass cytometry）作为一个基础而又不可或缺的关键方法之一，被用于研究为什么简单地阻断CTLA-4不足以让免疫系统有效地根除所有的肿瘤这一问题，该技术可利用单样本同时检测几十种细胞表面和内部的生物标志物表达情况，为全面、深入地了解人类肿瘤和小鼠肿瘤模型中免疫检查点的阻断机制提供了精准、高效的技术手段。

在之前发表于Cell杂志上的题为“Distinct Cellular Mechanisms Underlie Anti-CTLA-4 and Anti-PD-1 Checkpoint Blockade”的研究中，Allison教授带领团队证实了阻断T细胞上两种不同免疫检查点的癌症免疫疗法——CTLA-4抗体和PD-1抗体——是通过影响不同类型的T细胞来启动抗癌免疫攻击。

该研究中，研究团队利用MC38结直肠肿瘤小鼠模型和B16BL6黑素瘤小鼠模型，在接受抗CTLA-4或抗PD-1检查点抑制剂治疗后，通过CYTOF质谱流式分析了小鼠体内肿瘤浸润性T细胞的33种细胞表面标志物和11种细胞内标志物。结果发现，PD-1抗体和CTLA-4抗体治疗对不同肿瘤模型的T细胞反应基本上是相似的，都会诱导CD8+T细胞的扩增。

随后研究者们则具体分析了B16BL6黑素瘤小鼠模型在接受免疫抑制剂后的淋巴细胞的类型变化。有意思的是，抗CTLA-4和抗PD-1治疗过程中触发的不同细胞机制（下图）。除了CD8+T细胞外，CTLA-4抗体疗法还扩大了CD4+效应T细胞的数量，这些T细胞对免疫刺激蛋白（ICOS）呈阳性，与小鼠中减小的肿瘤密切相关。

另外，PD-1+ CD8 T细胞呈现出了耗竭型表型(exhausted-like phenotype)，其表面存在着其他免疫检查点等一些“失活”的标记。但是这些细胞本身却未必一定失活的，还可能仍然具有显著的功能活性。

对手术切除的人类黑色素瘤肿瘤的分析显示，抗PD-1和抗CTLA-4治疗各自扩大的T细胞群体与在小鼠模型中观察到的基本一致。

Allison教授指出：“这两种疗法使用的细胞机制大多没有重叠，这也解释了为什么将它们联合使用比单独使用更有效”。PD-1抗体疗法主要会触发线粒体氧化磷酸化途径，而CTLA4抗体疗法却能触发胞内大多数信号途径，其中还包括细胞周期调控途径。

Reference：
1. Sharma, A. et al. “Anti-CTLA-4 immunotherapy does not deplete FOXP3+ regulatory T cells (Tregs) in human cancers.” Clinical Cancer Research (2018): doi: 10.1158/1078-0432.CCR-18-0762
2. Wei, S.C. et al. “Distinct cellular mechanisms underlie anti-CTLA-4 and anti-PD-1 checkpoint blockade.” Cell 170 (2017): 1,120–1,133.e17.
3. 关于CYTOF质谱流式技术请访问：https://www.fluidigm.com/products/helios