《自然》子刊：太狡猾！巨噬细胞为何屡屡被癌细胞征服，斯坦福免疫大牛揭开癌细胞第二个「不要吃我」信号｜科学大发现
8年前，来自斯坦福大学的免疫大牛Irving L. Weissman教授发现了占肿瘤组织重量50%（1）的巨噬细胞任由癌细胞在它面前玩耍，却吞不了癌细胞的原因。原来是癌细胞通过CD47警告巨噬细胞「别吃我」（2，3）。
同时今年年初，Weissman教授证明了，他开发的一种靶向CD47的抗体，可以安全、有效地治疗五种类型的儿科脑瘤（4）。
（A）CD47与巨噬细胞表面受体结合，巨噬细胞不吞噬肿瘤细胞；（B）CD47被抗体结合，肿瘤细胞被吞噬
但是，仍有研究人员发现，在抑制CD47分子后，仍有一些癌细胞对于巨噬细胞的吞噬作用产生抵抗（5，6）。这是为什么呢？
近日，Weissman教授终于发现，原来癌细胞除了用CD47警告巨噬细胞不要吃它，其表面还存在其他的信号分子，让巨噬细胞「滚开」，那些对靶向CD47治疗耐受的癌细胞表面分布了大量的这种信号分子。
同时，当Weissman教授阻断这一「迷惑」巨噬细胞的信号分子时，可以唤醒陷入「迷茫」的巨噬细胞，显著抑制小鼠体内癌细胞的生长，使其生存时间延长了近70%。此外，当研究人员敲除巨噬细胞表面识别这一信号的受体时，也能直接使巨噬细胞从促进肿瘤生长的状态转化为抑制肿瘤生长的状态。这一发现发表在《自然免疫学》杂志上（7）。
Weissman教授，美国三院院士（国家科学院，国家医科院，文理科学院），国际干细胞学会主席、斯坦福大学干细胞与再生医学研究所所长、Ludwig癌症中心主任
说了半天，那么这种新发现的让巨噬细胞「滚开」的信号分子到底是什么呢？它就是大名鼎鼎的MHC1（组织相容复合物1）蛋白..........的β链。MHC1名字看起来也许挺复杂，其实简单说，它就是细胞的「身份证」，负责处理细胞内部被分解后的蛋白质碎片，并将其呈现在细胞表面，以展示自己的身份（8）。当碰到T细胞「查水表」时，就主动将MHC1递上去，告诉T细胞自己是「好细胞」还是「坏细胞」。
那么Weissman教授是如何发现癌细胞「迷惑」巨噬细胞还和MHC1密切相关的呢？
当初，Weissman教授在发现CD47分子信号可以「策反」巨噬细胞后不久，就找到了一种抑制巨噬细胞识别CD47分子的单抗，Hu5F9-G4（9）。结果，在测试其活性时，与其他科学家一样，发现这一抗体尽管对大部分类型的癌细胞有效，但仍有部分癌细胞对其不敏感，因此Weissman教授怀疑，癌细胞表面可能存在其他的抑制巨噬细胞活性的分子。
正在吞噬的巨噬细胞（红色）
为了找到这一信号分子，Weissman教授把那些对靶向CD47单抗不敏感癌细胞表面的信号分子进行了系统的分析，结果发现，这些对靶向CD47单抗耐受的癌细胞所具有的一个显著共同特点就是，细胞表面的MHC1表达显著提高。
同时，在敲出这些癌细胞表面的MHC1分子后再和巨噬细胞一起培养时，使用靶向CD47的单抗可以显著增强巨噬细胞的杀伤力。这意味着，MHC1就是癌细胞表面另一种「迷惑」巨噬细胞的信号分子，与CD47相互独立。
说到这里，奇点糕不禁感叹，一般来说，癌细胞为了逃避T细胞的追杀，都会主动降低MHC1的表达（10），而有些癌细胞为了逃避T细胞的追杀甚至会通过基因突变改变自己MHC1的结构（11）；但是上面这些癌细胞，居然表达了大量的MHC1。看来对这些癌细胞来说，巨噬细胞甚至比T细胞更恐怖！
正在吞噬癌细胞的巨噬细胞（紫色)
随后，Weissman教授开始探索癌细胞通过MHC1「迷惑」巨噬细胞的具体机制。此前已有研究表明，LILR蛋白家族是与MHC结合的主要蛋白（12）；通过对MHC1结构以及LILR蛋白家族的蛋白结构进行对比，同时对人体内巨噬细胞进行系统的分析，研究人员最终确定，巨噬细胞表面的LILRB1蛋白可以特异性识别癌细胞表面的MHC1复合物。
不仅如此，研究人员还发现，在抑制巨噬细胞LILRB1蛋白同时联合抗CD47单抗时，巨噬细胞吞噬癌细胞的能力是单用CD47单抗的两倍多。此外，通过敲出LILRB1基因，还可以使巨噬细胞从促进癌细胞生长状态转化为杀灭癌细胞状态。也就是说，癌细胞表面的MHC1激活巨噬细胞表面的LILRB1受体后，不仅可以抑制其吞噬癌细胞功能，还能迫使其滋养自己的生长。
MHC1（左边）的结构，α1和α2之间是T细胞识别位点，β链负责调控巨噬细胞吞噬功能
最后，Weissman教授还确定了，激活巨噬细胞表面LILRB1受体的是MHC1蛋白的β链。同时在对裸鼠进行试验中研究人员发现，抑制癌细胞MHC1的表达可以使裸鼠的存活时间延长近70%。不仅如此，当同时靶向CD47以及MHC1的β链时，抗癌活性显著强于单独靶向CD47或者MHC1。这意味这，未来这种新型的「别吃我」信号，将与CD47一样成为有希望的癌症治疗靶点。
近年来，癌症免疫治疗无疑已经成为了生物科学最火的研究领域了。其中多种PD-1抑制剂以及CAR-T疗法都已经获得了FDA批准进入临床，并在对某些晚期恶性肿瘤的治疗上取得了惊人的疗效，是传统疗法无法超越的。不过PD-1抑制剂仅对一小部分癌症患者起效（13）；而CAR-T不仅很难进入实体瘤，而且还很容易被肿瘤组织耗竭，因此治疗后复发风险高等等问题（14），也限制了基于T细胞的免疫疗法的应用。
虽然，巨噬细胞对于癌细胞的杀伤活性没有T细胞那么显著；但是，毕竟在肿瘤组织中，一般是巨噬细胞，靠「人海战术」不仅能把癌细胞打的落花流水，还不用担心巨噬细胞的耗竭以及很难进入实体瘤等等。因此这也意味着针对巨噬细胞也是一个很有希望的癌症免疫治疗方案。
不过在试验过程中，Weissman教授也发现了，即使同时抑制CD47和MHC1信号，也会有癌细胞能够逃避巨噬细胞的吞噬。这意味着，癌细胞表面很有可能还存在着其他的「别吃我」信号，等待科学家去发现。
癌细胞表面有大量的CD47
同时，由于MHC1在所有细胞表面都会表达，那么靶向MHC1激活巨噬细胞治疗癌症是否安全，将会是一个很重要的问题。此前的研究已经证明了，敲除小鼠体内的MHC1的β链，是不会引起巨噬细胞吞噬正常细胞的（15）。也就是说，目前看来靶向MHC1激活巨噬细胞抗癌是安全的。当然，未来进入临床可能还需要进一步的验证。
参考资料：
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3.Majeti R， Chao MP， Alizadeh AA， Pang WW， Jaiswal S， et al. 2009. CD47 Is an Adverse Prognostic Factor and Therapeutic Antibody Target on Human Acute Myeloid Leukemia Stem Cells. Cell 138：286-99
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5.Chao M P, Alizadeh A A, Tang C, et al. Anti-CD47 antibody synergizes with rituximab to promote phagocytosis and eradicate non-Hodgkin lymphoma[J]. Cell, 2010, 142(5): 699-713.
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7.Barkal, A.A., et al., Engagement of MHC class I by the inhibitory receptor LILRB1 suppresses macrophages and is a target of cancer immunotherapy. Nat Immunol, 2017.
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15.Koller B H, Marrack P, Kappler J W, et al. Normal Development of Mice Deficient in β2M, MHC Class I Proteins, and CD8+ T Cells[J]. The Journal of immunology, 2010, 184(9): 4592-4595.
