最新研究成果 | 癌癥治療的有效解題思路 | 清華大學(xué)藥學(xué)院廖學(xué)斌課題組與中山大學(xué)魏來課題組合作揭示HPK1可成為T細(xì)胞免疫療法的靶點(diǎn)
時間：2021-04-09 00:27:11學(xué)院：藥學(xué)院學(xué)校：清華大學(xué)
2020年8月28日，清華大學(xué)藥學(xué)院廖學(xué)斌課題組與中山大學(xué)魏來課題組合作在《Cancer Cell》雜志上發(fā)表文章“造血祖細(xì)胞激酶1 (HPK1)通過有效調(diào)控T細(xì)胞功能，成為T細(xì)胞免疫治療的藥物靶點(diǎn)（Hematopoietic Progenitor Kinase1 (HPK1) Mediates T Cell Dysfunction and Is a Druggable Target for T Cell-Based Immunotherapies）”，該工作證實(shí)了造血祖細(xì)胞激酶1可成為T細(xì)胞免疫療法的藥物熱門研發(fā)靶點(diǎn)。
一. 癌癥治療的有效解題思路：抑制T細(xì)胞衰竭提高T細(xì)胞功能，是提高T細(xì)胞療法抗腫瘤療效的關(guān)鍵
以T細(xì)胞為基礎(chǔ)的細(xì)胞療法是癌癥過繼免疫治療方案中有前景的新方法(Waldman et al., 2020)。雖然靶向CD19的嵌合抗原受體（CARs）在血液惡性腫瘤中介導(dǎo)了有效的抗腫瘤應(yīng)答。然而，在許多方面，CAR-T細(xì)胞和其他形式的過繼性T細(xì)胞轉(zhuǎn)移方案（ACT）仍處于早期階段。臨床試驗(yàn)已經(jīng)充分證實(shí)早期T細(xì)胞障礙是限制T細(xì)胞療法抗腫瘤功效的主要因素，因此，找到在腫瘤微環(huán)境（TME）中調(diào)控T細(xì)胞功能障礙的關(guān)鍵信號通路，通過調(diào)控影響T細(xì)胞功能障礙的信號通路改善T細(xì)胞的功能，從而增強(qiáng)其抗腫瘤作用，是提高T細(xì)胞療法抗腫瘤療效的關(guān)鍵((Fraietta et al., 2018; Mann and Kaech, 2019)。
造血祖細(xì)胞激酶1(HPK1)是目前已知的對T細(xì)胞功能具有關(guān)鍵調(diào)控作用的激酶，然而，它是否可以調(diào)控T細(xì)胞的分化以及發(fā)揮作用的分子機(jī)制現(xiàn)在并不清楚 (Sawasdikosol et al., 2012)。在T細(xì)胞表面受體（TCR）被激活后，胞漿中的HPK1會募集到細(xì)胞膜表面，與不同的銜接蛋白結(jié)合，從而參與對不同信號通路及轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控(Boomer and Tan, 2005)。那么，調(diào)控T細(xì)胞的衰竭的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子有哪些？HPK1是否調(diào)控這些轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)？ HPK1是否通過調(diào)控T細(xì)胞衰竭影響了機(jī)體的抗腫瘤免疫效應(yīng)？
二. 造血祖細(xì)胞激酶1(HPK1)真的是有效調(diào)控T細(xì)胞的關(guān)鍵靶點(diǎn)么？
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帶著以上關(guān)鍵性問題，研究人員進(jìn)行了以下重要研究工作。
研究階段一：研究團(tuán)隊首先證明了HPK1的表達(dá)水平與病人腫瘤浸潤T細(xì)胞衰竭正相關(guān)性，以及HPK1表達(dá)與癌癥患者較差生存率之間的負(fù)相關(guān)性。接下來，通過對小鼠B16腫瘤浸潤的各種免疫細(xì)胞進(jìn)行了分析研究，確定了T細(xì)胞為HPK1抗腫瘤功能的主要效應(yīng)靶細(xì)胞，HPK1是調(diào)控腫瘤浸潤T細(xì)胞功能的關(guān)鍵激酶。通過對WT和MAP4K1KO 腫瘤浸潤T細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)譜分析，發(fā)現(xiàn)Blimp1是 HPK1調(diào)控T細(xì)胞功能的靶基因，且HPK1通過NF-κB-Blimp1信號軸介導(dǎo)腫瘤浸潤T功能障礙（Th1無反應(yīng)，活化誘導(dǎo)T細(xì)胞死亡（AICD）、衰竭）。
A.BCMA CAR的結(jié)構(gòu)示意圖；B.BCMA CAR-T細(xì)胞體外殺傷力檢測；C. 人源多發(fā)性骨髓瘤異種移植模型（Patient-Derived tumor Xenograft，PDX）構(gòu)建示意圖；D. BCMA CAR-T細(xì)胞小鼠體內(nèi)抗腫瘤效應(yīng)。
研究階段二：隨后探討了HPK1對CAR-T細(xì)胞功能的調(diào)控，在CD19+，Her2+及BCMA+腫瘤模型中發(fā)現(xiàn)與WT或PD-1敲除的CAR-T細(xì)胞相比，HPK1敲除的CAR-T細(xì)胞具有更強(qiáng)的抗腫瘤效應(yīng):細(xì)胞耗竭程度降低、更低的毒性、更長的持續(xù)性、增加的浸潤性。
研究階段三：在確定了HPK1在調(diào)控T細(xì)胞抗腫瘤反應(yīng)中的作用后，篩選和驗(yàn)證了活性很高的HPK1小分子抑制劑及其相應(yīng)的PROTACs，并發(fā)現(xiàn)HPK1激酶小分子抑制劑及靶向HPK1的PROTACs可通過提高小鼠的抗腫瘤免疫反應(yīng)，從而抑制腫瘤的生長。
綜上所述，研究團(tuán)隊首先對HPK1調(diào)控T細(xì)胞衰竭及其相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了全面的研究。首次提出了HPK1通過NF-κB-Blimp1信號軸調(diào)控T細(xì)胞的功能，研發(fā)篩選出了了HPK1激酶小分子抑制劑及其相應(yīng)的PROTACs，并闡明了HPK1是調(diào)控 CAR-T細(xì)胞療效的關(guān)鍵激酶，且利用Crispr/Cas9技術(shù)制備的CD19 HPK1KOCAR-T細(xì)胞已經(jīng)開始用于臨床試驗(yàn)(NCT04037566)，這是全球第二個通過基因編輯提高T細(xì)胞功能的臨床探索（第一個是通過敲除T細(xì)胞的PD-1開展的臨床研究）。該項(xiàng)工作不證實(shí)了HPK1可成為T細(xì)胞抗腫瘤免疫療法的藥物研發(fā)靶點(diǎn)。
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本文的共同通訊作者為清華大學(xué)藥學(xué)院廖學(xué)斌教授和中山大學(xué)魏來教授。生命學(xué)院已畢業(yè)博士生司靜文，藥學(xué)院已畢業(yè)博士生史湘君，藥學(xué)院2017級在讀博士生孫淑豪以及中山大學(xué)研究助理鄒斌為該文章共同第一作者。本研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、清華大學(xué)藥學(xué)院技術(shù)平臺、以及珠海宇繁與西安宇繁生物科技有限責(zé)任公司的支持，在此一并致謝。
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原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ccell.2020.08.001.
一. 癌癥治療的有效解題思路：抑制T細(xì)胞衰竭提高T細(xì)胞功能，是提高T細(xì)胞療法抗腫瘤療效的關(guān)鍵
以T細(xì)胞為基礎(chǔ)的細(xì)胞療法是癌癥過繼免疫治療方案中有前景的新方法(Waldman et al., 2020)。雖然靶向CD19的嵌合抗原受體（CARs）在血液惡性腫瘤中介導(dǎo)了有效的抗腫瘤應(yīng)答。然而，在許多方面，CAR-T細(xì)胞和其他形式的過繼性T細(xì)胞轉(zhuǎn)移方案（ACT）仍處于早期階段。臨床試驗(yàn)已經(jīng)充分證實(shí)早期T細(xì)胞障礙是限制T細(xì)胞療法抗腫瘤功效的主要因素，因此，找到在腫瘤微環(huán)境（TME）中調(diào)控T細(xì)胞功能障礙的關(guān)鍵信號通路，通過調(diào)控影響T細(xì)胞功能障礙的信號通路改善T細(xì)胞的功能，從而增強(qiáng)其抗腫瘤作用，是提高T細(xì)胞療法抗腫瘤療效的關(guān)鍵((Fraietta et al., 2018; Mann and Kaech, 2019)。
造血祖細(xì)胞激酶1(HPK1)是目前已知的對T細(xì)胞功能具有關(guān)鍵調(diào)控作用的激酶，然而，它是否可以調(diào)控T細(xì)胞的分化以及發(fā)揮作用的分子機(jī)制現(xiàn)在并不清楚 (Sawasdikosol et al., 2012)。在T細(xì)胞表面受體（TCR）被激活后，胞漿中的HPK1會募集到細(xì)胞膜表面，與不同的銜接蛋白結(jié)合，從而參與對不同信號通路及轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控(Boomer and Tan, 2005)。那么，調(diào)控T細(xì)胞的衰竭的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子有哪些？HPK1是否調(diào)控這些轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)？ HPK1是否通過調(diào)控T細(xì)胞衰竭影響了機(jī)體的抗腫瘤免疫效應(yīng)？
二. 造血祖細(xì)胞激酶1(HPK1)真的是有效調(diào)控T細(xì)胞的關(guān)鍵靶點(diǎn)么？
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帶著以上關(guān)鍵性問題，研究人員進(jìn)行了以下重要研究工作。
研究階段一：研究團(tuán)隊首先證明了HPK1的表達(dá)水平與病人腫瘤浸潤T細(xì)胞衰竭正相關(guān)性，以及HPK1表達(dá)與癌癥患者較差生存率之間的負(fù)相關(guān)性。接下來，通過對小鼠B16腫瘤浸潤的各種免疫細(xì)胞進(jìn)行了分析研究，確定了T細(xì)胞為HPK1抗腫瘤功能的主要效應(yīng)靶細(xì)胞，HPK1是調(diào)控腫瘤浸潤T細(xì)胞功能的關(guān)鍵激酶。通過對WT和MAP4K1KO 腫瘤浸潤T細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)譜分析，發(fā)現(xiàn)Blimp1是 HPK1調(diào)控T細(xì)胞功能的靶基因，且HPK1通過NF-κB-Blimp1信號軸介導(dǎo)腫瘤浸潤T功能障礙（Th1無反應(yīng)，活化誘導(dǎo)T細(xì)胞死亡（AICD）、衰竭）。
A.BCMA CAR的結(jié)構(gòu)示意圖；B.BCMA CAR-T細(xì)胞體外殺傷力檢測；C. 人源多發(fā)性骨髓瘤異種移植模型（Patient-Derived tumor Xenograft，PDX）構(gòu)建示意圖；D. BCMA CAR-T細(xì)胞小鼠體內(nèi)抗腫瘤效應(yīng)。
研究階段二：隨后探討了HPK1對CAR-T細(xì)胞功能的調(diào)控，在CD19+，Her2+及BCMA+腫瘤模型中發(fā)現(xiàn)與WT或PD-1敲除的CAR-T細(xì)胞相比，HPK1敲除的CAR-T細(xì)胞具有更強(qiáng)的抗腫瘤效應(yīng):細(xì)胞耗竭程度降低、更低的毒性、更長的持續(xù)性、增加的浸潤性。
研究階段三：在確定了HPK1在調(diào)控T細(xì)胞抗腫瘤反應(yīng)中的作用后，篩選和驗(yàn)證了活性很高的HPK1小分子抑制劑及其相應(yīng)的PROTACs，并發(fā)現(xiàn)HPK1激酶小分子抑制劑及靶向HPK1的PROTACs可通過提高小鼠的抗腫瘤免疫反應(yīng)，從而抑制腫瘤的生長。
綜上所述，研究團(tuán)隊首先對HPK1調(diào)控T細(xì)胞衰竭及其相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了全面的研究。首次提出了HPK1通過NF-κB-Blimp1信號軸調(diào)控T細(xì)胞的功能，研發(fā)篩選出了了HPK1激酶小分子抑制劑及其相應(yīng)的PROTACs，并闡明了HPK1是調(diào)控 CAR-T細(xì)胞療效的關(guān)鍵激酶，且利用Crispr/Cas9技術(shù)制備的CD19 HPK1KOCAR-T細(xì)胞已經(jīng)開始用于臨床試驗(yàn)(NCT04037566)，這是全球第二個通過基因編輯提高T細(xì)胞功能的臨床探索（第一個是通過敲除T細(xì)胞的PD-1開展的臨床研究）。該項(xiàng)工作不證實(shí)了HPK1可成為T細(xì)胞抗腫瘤免疫療法的藥物研發(fā)靶點(diǎn)。
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本文的共同通訊作者為清華大學(xué)藥學(xué)院廖學(xué)斌教授和中山大學(xué)魏來教授。生命學(xué)院已畢業(yè)博士生司靜文，藥學(xué)院已畢業(yè)博士生史湘君，藥學(xué)院2017級在讀博士生孫淑豪以及中山大學(xué)研究助理鄒斌為該文章共同第一作者。本研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、清華大學(xué)藥學(xué)院技術(shù)平臺、以及珠海宇繁與西安宇繁生物科技有限責(zé)任公司的支持，在此一并致謝。
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原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ccell.2020.08.001.
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