補體系統在腫瘤免疫中的雙重作用①

秦子一 唐文如 謝曉麗（昆明理工大學衰老與腫瘤分子遺傳實驗室，昆明 650500）

補體系統由50多種蛋白組成，不僅在免疫應答中起重要作用，參與調節酶、底物和通路激活，同時也參與腫瘤的發生發展［1-2］。補體蛋白存在于腫瘤微環境（tumor microenvironment，TME）中，其激活與沉積可在一系列腫瘤細胞和浸潤細胞上檢測到［3-4］。盡管補體被腫瘤細胞激活，但鑒于其在癌癥中作用的高度多樣性及產生和激活途徑的異質性，這種激活是否真的有利于根除腫瘤一直存在疑問［5］。

最近研究表明補體系統在腫瘤免疫中的作用具有兩面性。傳統認為補體可在針對腫瘤細胞的免疫監視及消除中發揮作用，通過經典、凝集素或旁路途徑激活，能夠幫助抗原提呈細胞（antigenpresenting cells，APC）識別腫瘤細胞，同時形成膜攻擊復合物（membrane attack complex，MAC）導致腫瘤細胞裂解，即補體依賴性細胞毒作用（complementdependent cytotoxicity，CDC）［6-7］。但越來越多的證據支持補體能夠在TME中募集并激活免疫抑制細胞，包括腫瘤相關巨噬細胞（tumor associated macrophage，TAM）、腫瘤相關中性粒細胞（tumor-associated neutrophils，TAN）、調節性/致耐受性樹突狀細胞（dendritic cells，DC）、髓樣來源抑制細胞（myeloidderived suppressor cells，MDSC）和調節性T細胞（regulatory T cell，Treg），促進免疫抑制性微環境形成從而促進腫瘤進展［8-9］。本課題組討論補體系統在調節癌癥免疫方面的雙重作用，及以上發現在癌癥新療法設計中潛在應用方面的最新進展，認為在設計針對補體的癌癥免疫療法時需謹慎考慮其兩面性。

1 補體促進抗腫瘤免疫

補體激活發生于TME，作為針對腫瘤細胞的防御機制，目前主要有兩種觀點。①補體系統參與針對惡性細胞的免疫監視：APC尤其是DC成熟對于腫瘤內效應T細胞功能的發展、維持及有效性至關重要，而補體能夠幫助免疫系統識別惡性細胞，參與APC與T細胞的相互作用從而影響T細胞亞群的分化和功能。如APC產生C3并表達C3a和C5a受體（分別為C3aR和C5aR），這兩者有利于APC的成熟和分化，并將有效的抗原呈遞到T細胞，抑制C3aR1和C5aR1作 用 時，CD4+T細 胞 發 展 為Treg［10-11］。最近一個研究小組開發了一種特異性C3脂質體，靶向一系列帶有活化C3衍生物受體的免疫細胞，其促進抗原向APC傳遞，隨后觸發T細胞反應，使用人工腫瘤抗原卵清蛋白C3脂質體進行腫瘤內治療能夠控制表達卵白蛋白腫瘤抗原的鼠淋巴瘤模型，消除了3/5的注射腫瘤，提示C3脂質體向APCs遞送腫瘤抗原可啟動一種有效的、全身性的抗腫瘤免疫應答［12］。此外一項放療研究顯示，C3aR1和C5aR1受到抑制時，腫瘤浸潤的CD8+T細胞無法產生IFN-γ，從而影響治療效果［13］。提示了補體在抗腫瘤免疫中的作用，而關于補體識別癌細胞所涉及的腫瘤相關抗原以及驅動該活化的確切機制還需要深入研究；②治療性單克隆抗體的CDC［14］：理論上，如果補體被宿主抗腫瘤免疫球蛋白（如IgG）激活可能導致大量MAC插入細胞膜，殺死腫瘤細胞。曾有報道指出，從胃癌患者血清分離的抗體通過補體介導的途徑誘導癌細胞凋亡，且該抗體在臨床研究中能夠誘導原發性胃癌消退［7］。但人類大多數腫瘤中作用于C1和C3轉化酶水平的補體調節基因高表達、末端途徑基因低表達現象強化了惡性細胞進化和適應以避免潛在的細胞裂解性MAC形成的假設［5］。目前研究發現補體僅在靶向治療中被治療性抗體充分激活（如針對惡性B細胞腫瘤的單克隆抗體抗CD20抗體）后才能進行細胞殺傷MAC組裝，可通過CDC控制腫瘤生長［15］。補體在IgG1單克隆抗體對腫瘤控制中的作用有多種可能，補體的激活不僅導致CDC，還通過補體片段及其受體擴增免疫細胞的募集和活化，擴增Fc介導的IgG1抗體依賴性細胞毒性和抗體依賴性胞吞作用［16］。因此，進一步研究CDC在腫瘤免疫中的作用將有利于優化抗體治療。

2 補體抑制抗腫瘤免疫

補體的抗腫瘤免疫功能通過腫瘤細胞的免疫監視和在單克隆抗體治療腫瘤的療效貢獻中得到證實。但近年研究發現補體系統在腫瘤免疫中也可發揮免疫抑制作用，TME中失衡的補體激活誘導免疫抑制微環境，抑制效應T細胞活化，創造有利于腫瘤生長的環境。補體效應蛋白、腫瘤細胞以及TME中天然免疫和適應性免疫之間復雜的相互作用決定了腫瘤進展，在具有潛在促癌活性的補體成分中，主要對腫瘤進展起調節作用的包括：①C1q；②補體激活產物C3a和C5a；③膜結合補體調節蛋白（membrane-bound complement regulatory protein，mCRP）［17-18］。

2.1 C1q C1q是補體系統經典途徑的子成分，屬于C1q/腫瘤壞死因子超家族［19］。C1q基因在大多數腫瘤類型中過表達，這可能與TAM在TME中的浸潤有關［5］。炎癥環境下，巨噬細胞釋放的C1q是一種異常信號，該信號激活門周圍肝祖細胞中的β-catenin途徑，可促進細胞增殖分化，從而導致肝癌發生［20］。在透明細胞腎細胞癌腫瘤中發現高表達C1q的TAMs，表現出免疫抑制微環境，同時C1q被癌細胞利用從而啟動經典補體途徑部分激活，這種獨特的協同激活過程促進炎癥和T細胞衰竭，有利于腫瘤進展［21］。研究表明，C1q極化的巨噬細胞表達較高水平的PD-L1和PD-L2，并抑制人類同種異體炎癥性T細胞增殖，與補體細胞結合的補體蛋白C1q抑制人巨噬細胞和DC介導的Th1和Th17細胞亞群增殖，從而導致Treg增殖［22］。此外補體調節蛋白C1抑制物也可調節巨噬細胞極化，可能與調控C1q對巨噬細胞的作用有關。以上結果提示經典的補體通路是腫瘤細胞和TAMs合作激活的關鍵炎癥機制，有利于癌癥進展，并突出了潛在的治療靶點，以恢復對癌癥的有效免疫應答［21-23］。因此關于C1q在腫瘤免疫中的作用還需要更多研究確定其是否具有保護性或致病性。

2.2 C3a和C5a C3和C5酶切產生的C3a和C5a是具有重要功能的趨化因子，為腫瘤發展提供有利的TME［2，24］。

C3激活片段是調節免疫應答的關鍵效應器，腫瘤細胞衍生的C3a通過促進C3a-C3aR-PI3Kγ信號積累和免疫抑制活性募集C3aR+TAM，從而抑制抗腫瘤免疫，并導致PD-L1抗體治療耐藥性［25-26］。同時，POWELL等［27］和NABIZADEH等［28］研究表明，C3-C3aR信號調節B16-F0黑色素瘤中TAN和CD4+T細胞的抗腫瘤功能。此外，MDSCs可促進Treg和TAM形成，而iC3b能促進MDSCs產生，從而保護腫瘤細胞免受免疫系統和免疫療法的殺傷。因此，MDSC與補體激活之間的聯系對形成免疫抑制性TME至關重要［29-30］。

C5a是一種通過規范性途徑（補體依賴性）和外部途徑（凝血/纖溶蛋白酶）生成的促炎肽，其與C5aR結合后根據細胞類型不同促進一系列反應［31］。MEDLER等［32］發現uPA+巨噬細胞介導的C3依賴性C5a釋放通過激活C5aR1+肥大細胞和巨噬細胞，在鱗狀癌變過程中抑制CD8+T細胞毒性，促進了免疫抑制性微環境。同時，C5a是一種強效的MDSCs趨化劑，顯著影響MDSCs活化和遷移，與其高親和力受體C5aR1結合后，通過募集MDSC抑制T細胞應答激活對腫瘤進展至關重要的原發病和腫瘤免疫抑制，促進腫瘤進展和轉移［32-35］。在肺癌小鼠模型中，C5a信號傳導的阻斷下調了腫瘤內MDSC和關鍵免疫抑制分子表達，包括ARG1、IL-10、IL-6、CTLA-4、LAG3和PD-L1［36］。以上研究表明腫瘤細胞衍生的C5a通過MDSC改變T細胞反應發揮免疫抑制作用，從而導致腫瘤進展。C5a在腫瘤微環境中的作用可能與濃度有關。一項研究比較了注射少量或大量C5a的鼠淋巴瘤細胞系的小鼠腫瘤進展，發現低濃度C5a促進Th1反應，而高濃度的C5a抑制Th1并促進Treg分化，表明腫瘤微環境中局部C5a的濃度對于確定其在腫瘤進展中的作用至關重要［37］。以上研究表明C5a促進免疫抑制性微環境并通過多種方式抑制T細胞介導的抗腫瘤反應。以上結果證明了補體在調節免疫應答中的雙重作用?；罨难a體分子的生理濃度可促進抗腫瘤免疫應答，而通常在病理學條件之前的慢性補體活化失衡與腫瘤進展有關。

自分泌補體C3a和C5a抑制IL-10依賴性CD8+腫瘤浸潤淋巴細胞介導的抗腫瘤免疫，促進腫瘤進展［38］。在C3缺陷小鼠中，原發腫瘤和轉移瘤的生長均受到強烈抑制，與IFN-γ+/TNF-α+/IL-10+CD4+和CD8+T細胞數量增加有關［39］。C3a和C5a在T細胞浸潤到腫瘤中的作用表明，靶向該途徑可能代表與免疫檢查點抑制劑聯合使用的新型治療方法，補體受體作為T細胞共抑制受體的新作用有助于開發新的策略提高癌癥免疫治療的有效性［40］。

2.3 mCRPs除補體及其激活產物外，調控補體活化強度和范圍的mCRPs也在腫瘤免疫抑制中發揮重要作用。癌細胞發展出多種策略逃避補體介導的損傷，最著名的逃逸機制是過表達mCRPs［7］。大多數腫瘤廣泛表達CD46、CD55和CD59等mCRPs使腫瘤細胞逃避CDC和抗體依賴的殺傷機制，促進腫瘤生長。

膜輔因子蛋白CD46是一種跨膜糖蛋白，可在所有有核細胞中表達［41-42］。CD46可通過控制T細胞的活化、分化和極性調節適應性免疫應答，如CD46提供共同刺激信號促使幼稚CD4+T細胞分化為Th1細胞，但隨著IL-2的積累，CD46共刺激的T細胞IFN-γ分泌減少而IL-10產生增加，因此從Th1細胞向Treg轉換，同時，γδT細胞上的CD46活化可直接抑制其IFN-γ和TNF-α產生，可進一步產生腫瘤形成前的有利環境［43-46］。Treg被認為是最有效的抗腫瘤免疫抑制劑，其通過直接作用于活化T細胞或通過分泌免疫抑制性細胞因子（如IL-10和轉化生長因子TGF-β）促進免疫抑制［47-49］。TME中這些細胞數量的增加賦予了腫瘤細胞生長和轉移優勢，并預示患者生存率顯著降低［50］。以上數據表明CD46在時間和空間上均對適應性免疫應答有調節作用［7］。

衰變促進因子（decay accelerating factor，DAF，也稱CD55）存在于所有血液成分和大多數其他細胞類型中?，F已證明CD55的促腫瘤作用與體內適應性免疫應答抑制有關，在缺乏編碼人類DAF鼠同源物的Daf1基因的小鼠中，CD4+T細胞增殖且IFN-γ和IL-2產生增多，IL-10產生減少，提示CD55在腫瘤細胞上過表達并抑制了T細胞介導的腫瘤殺傷［7，51］。CD97是一種主要在單核細胞和粒細胞上表達的EGF-TM7受體，是CD55的天然配體，研究結果表明，T細胞表面的CD55直接與APC表面的CD97結合并與CD3共同刺激導致T細胞活化，包括增加T細胞增殖、IL-10和GM-CSF產生。重要的是，CD55和CD97結合導致幼稚T細胞產生的行為類似于Tregs，如果在TME中表達則會促進腫瘤進展［3，7］。此外，OLCINA等［52］發現具有補體成分突變的大腸癌與缺氧信號增強和總體生存結果差有關，低氧誘導的CD55的表達使缺氧腫瘤細胞對補體介導的細胞毒性具有抗性。最近也有研究證明補體蛋白對腫瘤浸潤B細胞應答的作用，LU等［53］證明了化療誘導的補體信號促進了ICOS-L+B細胞的生成，從而增強了腫瘤特異性T細胞反應，而CD55的過度表達會抑制補體激活并阻止ICOS-L+B細胞的形成。

保護素CD59在保護自身組織中起至關重要的作用，可抑制補體級聯中MAC形成［54］。在多種人類腫瘤類型中，編碼末端途徑負調控因子CD59的基因是所有補體基因中表達最高的基因之一［5］，且CD59在腫瘤干細胞中表達上調，保護其免受補體介導的細胞毒性，CD59沉默完全消除了植入干細胞樣癌細胞的小鼠模型中的腫瘤［55］。除調節補體，CD59還影響CD4+T細胞活性。已有研究證明CD59在活化的CD4+T細胞表達上調，而CD59阻斷可增強抗原特異性CD4+T細胞反應，包括增加對腫瘤抗原的免疫應答［56］。在生理條件下，CD59可能起限制T細胞介導的免疫病理學作用，而CD59阻斷將增強抗原特異性T細胞應答，從而成為針對免疫應答較弱的疾病（如癌癥）進行免疫治療的目標。

以上研究表明mCRPs除調節補體外，還可通過抑制T細胞對腫瘤細胞的殺傷作用，從而促進腫瘤發展，抑制這些mCRPs的功能將增強基于單克隆抗體的免疫療法［3］。

3 補體相關腫瘤免疫治療

補體在腫瘤免疫中的雙重調節作用可能對腫瘤免疫治療具有重要意義。因此，補體是免疫療法的潛在靶標。已有研究表明，在乳腺癌患者的TME中大量表達SUSD4（一種新的補體抑制蛋白）的T細胞與乳腺癌患者更好的整體生存有關［57］。然而，在某些患者和某些類型的癌癥中，T細胞檢查點抑制劑的療效有限。同時，與目前在臨床前或臨床開發中的其他治療性干預措施相比，抑制補體途徑作為單一療法的治療效果不甚理想，因此，將補體抑制與T細胞檢查點抑制劑相結合更可能為癌癥患者帶來益處［58-59］。多種肺癌臨床前模型研究發現C5a阻斷劑和PD-1抗體的組合可顯著降低腫瘤的生長和轉移，并延長生存期。同時，腫瘤患者CD8+T細胞和MDSC數量呈負相關，這可能導致CD8+T細胞耗竭的全逆轉［60］。該研究為PD-1/PD-L1和C5a的聯合阻斷提供了臨床前研究基礎，以恢復抗腫瘤免疫應答，抑制腫瘤細胞生長并改善肺癌患者預后。有研究顯示C5aR表達與腫瘤分化程度呈負相關，其調節TAM分化為促腫瘤的M2表型，并促進導致結腸癌肝轉移的NF-κB信號，且腫瘤組織中補體成分C5-C5a的激活和乳腺癌細胞中C5aR的表達與腫瘤發生發展和不良預后有關，C5a/C5aR通路參與了乳腺癌的發病機制。因此C5a是一種潛在的腫瘤預后新標志物，靶向補體系統激活的藥物，尤其是C5aR通路，可能為結腸癌和乳腺癌治療提供新方向［61-62］。與此同時，阻斷C5a/C5aR1提高檢查點抑制劑的殺傷腫瘤效力的可行性和價值已成為Ⅰ/Ⅱ期研究（STELLAR-001，NCT03665129）的設計基礎。在該試驗中，正在將durvalumab（一種抗PD-L1單克隆抗體）與IPH5401（一種抗C5aR1單克隆抗體）聯合用于某些實體瘤患者治療（包括非小細胞肺癌）［5］。

同時，表達于各種腫瘤細胞表面的mCRPs不僅能夠作為腫瘤形成的標志，還能進一步干擾抗腫瘤治療，突顯了阻斷mCRPs治療在癌癥治療中的重要作用。已有研究證明，可通過siRNA、單克隆抗體和相關抑制劑抑制mCRPs，從而增強補體依賴細胞毒性，殺死腫瘤細胞［63-65］。近期有研究靶向補體調節劑CD46的癌癥免疫療法，SHERBENOU等［66］在多發性骨髓瘤的小鼠異種移植模型中測試了抗CD46藥物偶聯物，其通過凋亡殺死腫瘤細胞，同時保留正常細胞。靶向腫瘤相關抗原和CD59的雙特異性抗體可提高淋巴瘤小鼠模型的免疫治療效率［67］。許多挑戰和約束可能會阻礙該領域的開發和應用。深入研究補體系統和癌癥之間的復雜網絡對于探索有效的臨床治療至關重要。

此外，針對補體發揮的抗腫瘤免疫作用可與抗腫瘤疫苗研發結合，腫瘤抗原疫苗和腫瘤抗原荷載的DC疫苗代表了腫瘤免疫療法中的另一種前景。研究表明補體激活可能通過增強抗原攝取和共刺激信號傳導促進疫苗效力［68］。FLOREANI等［69］將C5a激動劑YSKFDMP（MeL）aR分別與兩種不同的黑色素瘤抗原TRP2-P2和TYR共價連接并組裝在DC，并將組裝的DC注入小鼠體內，可抑制黑色素瘤生長。KOLLESSERY等［70］證明由C5a激動劑EP54或EP67組成的疫苗可保護小鼠免受RAW117-H10淋巴瘤侵害，盡管注射了致死劑量的RAW117-H10細胞，但與對照組相比，所有接種疫苗的小鼠均存活超過1年，該疫苗可預防可見的肝轉移，并誘導對RAW117-H10具有特異性細胞毒性的CD8+T細胞。以上研究表明利用補體激活并在負載腫瘤抗原的DC上觸發C5aR1依賴性信號傳導可幫助患者引發有效的抗腫瘤免疫應答，因此補體在抗腫瘤疫苗設計中的作用值得深入探索［71］。

4 討論

補體成分在癌癥中作用的高度多樣性及其產生和激活途徑的異質性決定了補體蛋白在腫瘤免疫調節中的復雜和多方面的作用。補體系統在癌癥中是一把雙刃劍，一方面，補體一直被認為是免疫系統的一個效應臂，有助于破壞腫瘤細胞，另一方面，補體激活還直接和間接地參與腫瘤免疫抑制，從而促進腫瘤進展。了解補體如何在腫瘤形成時使促進抗腫瘤免疫轉變為抑制抗腫瘤免疫，以及如何處理這種雙重作用應成為重要的研究領域。但同時還應謹慎考慮小鼠和人類補體介導的免疫應答的差異，更好理解補體系統和腫瘤免疫之間的關系將為癌癥免疫治療提供新的突破。