临床上有一个现象挺让人头疼的:同样是晚期实体瘤患者,有的打PD-1抑制剂效果很好,能撑两三年,有的却原发耐药,病灶一路进展。把这两类患者的肿瘤组织放到显微镜下看,差别往往很明显——耐药患者的肿瘤微环境里,密密麻麻挤着大量髓系来源的抑制细胞(MDSC)和M2型巨噬细胞,T细胞别说杀伤肿瘤了,连浸润进去都困难。这也是近几年肿瘤免疫治疗从“单盯T细胞”转向“盯整个微环境”的原因。
CD170抗体就是在这个背景下被推到台前的。CD170又叫Siglec-5,是表达在髓系细胞表面的一类抑制性受体,它和肿瘤细胞表面高表达的唾液酸配体结合后,会不断给髓系抑制细胞传递“这里一切正常,不要发起攻击”的信号,从而帮助肿瘤实现免疫逃逸。这篇博文我想把CD170这个靶点的来龙去脉讲透:髓系细胞是怎么靠它逃逸的,抗体又是怎么把这个刹车机制拆掉的,以及在实际抗体开发、联合用药和临床转化里会遇到哪些坑。内容主要面向做肿瘤免疫研究的同行、抗体药物研发的工程师,也适合想系统了解髓系免疫逃逸机制的研究生和临床医生。
1. 髓系抑制细胞为何成为免疫治疗的新靶标
1.1 两种主要亚群与抑制机制
髓系来源抑制细胞不是一个单一的细胞群体,而是骨髓来源的未成熟髓系细胞的异质性集合,主流上分成两大亚群:单核细胞样MDSC(M-MDSC)和多形核MDSC(PMN-MDSC)。前者长得像单核细胞,后者长得像中性粒细胞,但功能上和正常单核/中性粒细胞完全不同。正常状态下,骨髓里的未成熟髓系细胞会分化成树突状细胞、巨噬细胞、粒细胞去参与免疫防御;但在肿瘤环境下,肿瘤分泌的G-CSF、GM-CSF、IL-6、IL-1β等细胞因子会把髓系分化“带偏”,让这些细胞滞留在未成熟状态,并大规模扩增,跑到外周血和肿瘤组织里充当免疫抑制的帮凶。
这两类MDSC的抑制武器还不太一样。M-MDSC以高表达精氨酸酶1(ARG1)和一氧化氮合酶2(NOS2)为主,ARG1能分解微环境中的L-精氨酸,而T细胞活化必须依赖L-精氨酸,一来二去T细胞受体信号就被饿到“罢工”,同时NOS2产生的一氧化氮还能直接抑制T细胞内的JAK3/STAT5信号通路。PMN-MDSC则更擅长产生活性氧(ROS),ROS能造成T细胞受体(TCR)的氧化损伤,让T细胞“看不见”肿瘤抗原。再加上它们还会释放IL-10、TGF-β等抑炎因子,分泌CCL2、CCL5等趋化因子招募更多的抑制性细胞进入肿瘤,整体制造出一个对效应免疫细胞极不友好的微环境。
1.2 为什么PD-1单抗养不活这部分患者
PD-1/PD-L1阻断疗法的逻辑是恢复耗竭T细胞的效应功能,可前提是肿瘤里得有足够多的、能够被“唤醒”的T细胞。如果髓系抑制细胞把微环境搅得又缺氧、又缺乏精氨酸、又充满ROS,T细胞的浸润、活化和持久性都成问题,PD-1单抗自然就使不上劲。这也是很多“冷肿瘤”免疫治疗响应率低的重要原因之一。
所以当前的趋势很清晰:要把髓系抑制细胞也纳入联合治疗的设计里。策略上大致分两类思路,一是“减员”,用药物把MDSC从肿瘤微环境里清除或抑制其扩增,比如小分子抑制剂靶向CSF1R、CXCR2,或者用低剂量化疗(5-FU、吉西他滨)直接杀伤;二是“改造”,重新教育髓系细胞,让它们从免疫抑制表型转成促炎表型。CD170抗体走的是第二条路,它不直接杀死髓系细胞,而是通过切断抑制信号,把髓系细胞身上那只踩刹车的脚拿开。这种“重编程”的思路,理论上安全性和持久性都更好。
2. 从机制入手理解CD170在髓系免疫逃逸中的定位
2.1 CD170(Siglec-5)的分子画像
CD170是唾液酸结合性免疫球蛋白样凝集素家族(Siglec家族)的第五个成员,在人体内有17个Siglec家族蛋白,绝大多数表达在免疫细胞表面,负责识别带有唾液酸的糖链结构。Siglec家族按结构特点分两类:一类是保守的CD33相关Siglec(如CD33、Siglec-7、Siglec-9),另一类是更古老的Siglec(如Siglec-1、Siglec-2、Siglec-4等)。CD170属于CD33相关亚群,主要表达在髓系谱系细胞上,包括中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞,以及病理状态下的MDSC和肿瘤相关巨噬细胞(TAM)。
这个受体的胞外区有一个N端的V-set结构域专门负责结合唾液酸配体,后面跟着几个C2-set结构域把配体结合位点“架高”到细胞膜外合适的位置。CD170胞内尾巴带有ITIM基序和ITIM样基序,一旦受体被配体交联激活,这两个基序会被Src家族激酶磷酸化,招募SHP-1和SHP-2磷酸酶,去抑制下游的激酶信号通路。简单说,CD170就是一个标准的抑制性受体,它的工作就是给髓系细胞踩刹车。
2.2 唾液酸-凝集素轴:肿瘤如何伪造“自己人”信号
不管是哪一类免疫细胞,上面都装了各种激活和抑制受体。正常情况下,免疫系统要区分“自己人”和“外来敌人”,靠的就是细胞表面的糖链“身份证”。几乎所有哺乳动物细胞表面都覆盖着一层唾液酸聚糖,免疫细胞上的Siglec受体识别到正常的唾液酸“身份证”后会传递抑制信号,防止免疫系统误伤正常组织。
肿瘤细胞非常狡猾,它们会在表面大量表达唾液酸转移酶,把细胞表面的糖链高度“唾液酸化”,人为制造出密度远超正常细胞的唾液酸信号。这种“超常”信号会被肿瘤微环境里髓系细胞上的CD170等Siglec受体捕获,形成一条完整的逃逸链路:肿瘤靠高表达唾液酸伪装成“超正常组织”,髓系细胞被持续激活抑制信号,转而抑制T细胞和NK细胞的功能,甚至促进血管生成和纤维化。这一整套通路,学术界叫“唾液酸-凝集素轴”,CD170抗体要做的,就是从髓系细胞这一端把这个轴掐断。
3. CD170抗体如何阻断免疫逃逸
3.1 从阻断结合到解除抑制信号的信号链拆解
用抗体阻断CD170的理想机制并不复杂:抗体结合在CD170的N端唾液酸结合域附近,空间上阻挡肿瘤细胞表面的唾液酸聚糖配体与CD170结合,让CD170无法被交联活化,ITIM基序不再被磷酸化,SHP-1/SHP-2就不再被招募过来。没有这层持续抑制信号之后,髓系细胞里的NF-κB、MAPK等促炎通路就有机会重新启动,细胞的表型和功能会往促炎方向扭转。
实际操作中,抗体的表位选择非常关键。如果抗体结合的表位离唾液酸结合口袋太远,可能阻断不了配体结合,或者只阻断一部分配体。我们在设计阻断性抗体时,通常采用竞争ELISA或表面等离子共振(SPR)来验证抗体能否有效竞争唾液酸配体(比如3‘-唾液酸乳糖或α2-6连接唾液酸聚糖)与CD170的结合。更贴近生理状态的验证是用CD170表达细胞和唾液酸化肿瘤细胞做细胞间结合实验,看抗体的加入能不能有效打断两个细胞之间的相互作用。这一步如果做不好,后面再多体内实验都可能是空中楼阁。
除了配体竞争,还有一个容易忽视的层面是CD170在细胞膜上可能存在顺式结合(cis-interaction),即同一细胞膜上CD170与其本身的唾液酸配体结合,这种顺式结合会影响抗体的可及性。在开发过程中需要考虑使用神经氨酸酶预处理,或者采用去唾液酸化的细胞系来区分信号是来自反式结合还是顺式结合,这能帮我们准确判断抗体到底作用于哪种状态。
3.2 髓系细胞表型重塑与效应细胞复活
阻断CD170之后,髓系细胞具体会发生什么改变?从我们在相关模型上观察到的结果看,最明显的变化是M2型巨噬细胞标志物(如CD163、CD206、Arg1)的下调,M1型标志物(如iNOS、TNF-α、IL-12)的上调。换句话说,CD170阻断不是单纯“让髓系细胞闭嘴”,而是让它们“改邪归正”,重新变成能呈递抗原、分泌促炎因子的效应细胞。
MDSC这边,阻断CD170后其产生ROS和ARG1的能力会显著下降,对T细胞增殖的抑制能力也随之减弱。把这个效应叠加到T细胞上,能观察到更“有劲”的T细胞反应:CD8阳性T细胞分泌IFN-γ、TNF-α的能力增强,T细胞在肿瘤里的浸润密度更高。NK细胞也会受益,因为微环境里的免疫抑制信号减弱之后,NK细胞的脱颗粒能力和杀伤活性会恢复。这相当于把一个被“冻结”的先天免疫和适应性免疫网络重新激活,不只是靶向单一细胞类型。
3.3 单用还是联用:联合治疗的设计逻辑
从单药逻辑看,CD170阻断的直接效果是解除髓系抑制,但如果肿瘤微环境里的T细胞原本就很少或者已经严重耗竭,单独阻断CD170未必能带来足够的临床反应。这也是为什么目前大量研究把CD170抗体和PD-1/PD-L1抑制剂联合起来用的原因。机制逻辑不难理解:PD-1抑制剂负责“解冻”耗竭的T细胞,CD170抗体负责把抑制性髓系细胞的负担减下去,同时促进树突状细胞成熟和抗原呈递,两者相辅相成。
联合用药还有一个比较有价值的方向是和化疗或放疗配合。化疗药物如环磷酰胺、吉西他滨在杀伤肿瘤细胞的同时,能减少外周血和脾脏里的MDSC数量,这时再上CD170抗体去重塑残留的髓系细胞,效果有可能比单药叠加更好。我们在设计联用方案时要重点关注时序安排:到底是同步给药、序贯给药,还是先用化疗减负再上抗体,这会直接影响体内MDSC的动态变化和抗体的作用效果。这类问题没有标准答案,只能靠扎实的临床前模型数据来推敲。
4. 抗体开发与转化环节的几个硬骨头
4.1 表位与亲和力的选择
开发CD170抗体不是随便找一个能结合CD170的抗体就行,表位和亲和力决定了一半以上的成败。前面提到,CD170的胞外N端V-set结构域是唾液酸结合域,理想表位应该落在该结构域上或紧邻配体结合口袋的位置。在抗体筛选阶段,我会非常依赖两个手段:一是用CD170片段和唾液酸配体的竞争实验,快速筛选出能干扰配体结合的阳性克隆;二是用点突变或结构生物学手段(比如共结晶或冷冻电镜)确认表位具体落在哪些氨基酸残基上。
亲和力也不是越高越好。对实体瘤治疗的大分子抗体来说,抗体会从血液循环向肿瘤组织渗透,结合亲和力过高反而容易让抗体“卡”在肿瘤血管周围,形成一个“结合屏障”,导致深层肿瘤组织里的靶点无法被饱和结合。所以很多时候pM级的高亲和力不代表更好的疗效,适当降低亲和力(比如维持几十nM)反而能获得更均匀的肿瘤穿透分布。这里需要结合靶点的表达密度和肿瘤组织内靶点的可及性来做系统评估。
4.2 Fc段工程:沉默、激动、还是杀伤
CD170抗体的Fc段选择是一个需要仔细权衡的设计决策。如果我们的目标是纯粹的受体阻断,那选IgG4骨架或者Fc-silent(突变消除FcγR结合)的IgG1骨架更安全,因为这样可以避免抗体结合CD170阳性细胞后触发ADCC或ADCP,误伤正常髓系细胞,特别是中性粒细胞。如果目标是彻底清除肿瘤微环境里的CD170阳性抑制性髓系细胞,那可能需要保留甚至增强Fc功能,比如用去岩藻糖化技术改造Fc区,提高与FcγRIIIa的亲和力,增强NK细胞介导的ADCC。但这条路风险高——外周血里的中性粒细胞高表达CD170,很容易被一并清除,导致中性粒细胞减少症。
我个人的建议是优先考虑Fc-silent的阻断型骨架。理由有两个:第一,从机制上看CD170对髓系细胞的作用主要是抑制性信号传导,阻断这个信号就能达到表型重塑的目的,不需要杀死细胞;第二,髓系细胞在肿瘤微环境里虽然扮演“坏人”角色,但它们也是正常免疫系统的重要组成,如果能通过表型调控把“坏人”重新教育成“好人”,而不是一律消灭,安全性会好很多,转化成功率也更高。当然,如果后续发现某些癌种的MDSC对阻断信号不敏感,还是必须清除才能起效,那再考虑换Fc骨架也不会太迟。
4.3 关键实验设计与评价指标
评价CD170抗体药效的临床前实验体系,不能只做一个普通的小鼠皮下移植瘤模型就算完。因为CD170靶点主要作用于髓系细胞与肿瘤微环境的互作,实验设计里至少要包含以下几个层次:一是体外共培养系统,把CD170阳性髓系细胞、靶向抗原的T细胞和表达唾液酸配体的肿瘤细胞放在一起,观察抗体能否恢复T细胞杀伤能力;二是同系小鼠肿瘤模型,最好选MDSC浸润比较多的模型,比如CT26、MC38或LLC,用流式检测瘤内MDSC比例、M1/M2巨噬细胞比例和CD8阳性T细胞的功能标志物;三是抗原表位活性的验证,确保你用的抗体在小鼠里确实阻断的是同一个生物学通路。
评价指标方面,除了常规的肿瘤体积和生存期,我还建议至少加上:肿瘤组织的免疫细胞浸润和功能分析(流式或免疫荧光)、外周血MDSC亚群动态变化、肿瘤内趋化因子和细胞因子的multiplex检测。如果条件允许,再加一个单细胞转录组测序,看髓系细胞亚群的转录状态有没有发生从抑制型到促炎型的重编程。这些都是证明机制清楚、疗效可信的证据链。
5. 常见问题与避坑实录
5.1 安全性:不要伤及“无辜”的中性粒细胞
提到CD170抗体,最让人担心的就是中性粒细胞减少。中性粒细胞表面表达CD170的水平相当高,任何带有活性的Fc段的抗体都可能在清除靶细胞的同时把外周血中性粒细胞也清掉。即便用了Fc-silent骨架,也不能完全放松警惕,因为一小部分中性粒细胞亚群依然可能被抗体交联活化,触发不需要的信号,导致细胞耗竭和功能异常。
在早期临床开发阶段,建议在非人灵长类(NHP)毒理实验里重点观察外周血白细胞分类计数、骨髓粒细胞前体比例和炎症因子水平。同时监测是否出现继发感染,尤其是条件致病菌感染。如果出现中性粒细胞下降的趋势,需要尽快评估给药剂量、给药频率和是否要采用Fc-silent修饰来规避毒性。不要总想着用更大的剂量去换疗效,安全窗口收窄之后,整个项目的路就会变得很窄。
5.2 生物标志物的挑选与患者分层
CD170抗体这种免疫调节药物,不是对所有患者都有效。目前看下来,可能受益最大的人群应该是那些髓系抑制细胞浸润比较明显、肿瘤组织里有高密度CD170阳性细胞的实体瘤患者。这就意味着需要开发一个可靠的伴随诊断标志物策略,而不是上来就做all-comer的大人群试验。
在生物标志物选择上,我建议同时检测肿瘤组织里的CD170表达、肿瘤细胞表面的唾液酸配体表达水平,以及外周血里的MDSC比例和表型。这个“三联”检测思路可以帮助我们判断肿瘤微环境的“髓系抑制状态”到底是不是由CD170通路驱动。如果CD170表达很低,唾液酸化也不明显,即便MDSC很多,用CD170抗体大概率也起不了效果,因为这不是这个通路主导的抑制。没有患者分层的免疫治疗临床试验,经常会因为“无效患者稀释了整体阳性数据”而在II期就失败。
5.3 研发与临床管理中容易踩的坑
和很多创新靶点一样,CD170抗体研发中最容易踩的坑是把“体外阻断实验”当成“体内疗效”的充分条件。有一个真实的案例思路值得参考:某个筛选出来的抗CD170抗体,在SPR上对重组蛋白的亲和力非常好,Kd只有亚纳摩尔级别,但在细胞实验里完全无法抑制CD170阳性细胞与唾液酸化肺癌细胞的粘附。后来分析发现,它结合的表位靠近D膜近端,在细胞膜环境下由于空间位阻问题根本碰不到真实受体。所以凡是做抗体筛选,必须尽早从“蛋白-蛋白”验证切换到“细胞-细胞”的功能验证。
临床管理上还有一个容易忽略的问题:肿瘤微环境的异质性。同一个患者身上不同转移灶的CD170表达、MDSC浸润程度都可能差别非常大,单靠一次穿刺活检很难准确评估全貌。建议在方案设计阶段就考虑多个时间点、多个病灶的采样策略,或者至少用外周血MDSC动态变化作为补充监测指标。另外,CD170通路和PD-1/PD-L1通路之间存在复杂的交叉调控,联合治疗出现毒副反应时不要想当然地认为是PD-1单抗的已知毒性,可能是因为联用放大了髓系相关炎症反应,要格外留意处理方案。
6. 一点进阶思考:从CD170往外看
如果把CD170放到更大的框架里看,它其实是Siglec家族这条通路上“站出来”较早的靶点,但整个唾液酸-凝集素轴里还有一堆值得探索的角色。比如CD33(Siglec-3)在AML上广泛研究,Siglec-9、Siglec-7在NK细胞上负向调节杀伤活性,Siglec-15在多种实体瘤里高表达且和PD-L1的分布部分互补。未来大概率会出现同时靶向两个Siglec家族成员、或者双靶向Siglec和PD-L1的双特异性抗体,用来更全面地覆盖髓系与T细胞这两大免疫抑制网络。
我自己在实际操作中的体会是,这类靶点最迷人的地方在于它连接了两块过去相对独立的领域:糖生物学和肿瘤免疫学。很多做肿瘤免疫的人习惯从蛋白质表达的角度理解免疫逃逸,但在CD170这里,真正决定生物学功能的不只是受体表达量,还有配体端的唾液酸化修饰水平。这提醒我们,评估一个新靶点的时候,一定要把配体端和受体端放在一起看,否则很容易陷入“受体高通量表达就一定关键”的思维惯性。
最后再分享一个小经验:如果你在开发过程中遇到抗体阻断效果时好时坏的困惑,试着从培养基的唾液酸含量找原因。动物血清里含有丰富的唾液酸糖蛋白,不同批次血清差异很大,这会直接影响细胞表面的唾液酸化状态,进而影响功能实验的稳定性和可重复性。换上明确的去脂、去糖组分或化学限定培养基,很多“玄学”问题会自己消失。搞免疫治疗的研发,很多坑其实不在靶点上,而在你对实验体系有没有足够的掌控力。