TNFRSF9：它是重要的激活型免疫檢查點分子，腫瘤治療未來之星
瀏覽次數：120 日期：2021-09-17 08:41:31
上個月，發表在Nature Communications（IF=14.919）上的一項研究指出，TNFRSF9激動劑與PD-L1聯合使用可以有效地激活和擴增腫瘤特異性細胞毒性T細胞，增強對腫瘤的控制和殺傷 [1]。近年來，TNFRSF9作為癌癥和各種自身免疫性以及炎癥性疾病的治療靶點受到了廣泛關注。然而，最近的研究表明，TNFRSF9及其配體TNFSF9之間的調控網絡更為復雜，主要是由于它們之間的雙向信號傳導。TNFRSF9作為增強抗腫瘤免疫反應的潛力靶點，其背后的復雜機制引起了研究人員的興趣。那么，TNFRSF9及其配體介導的信號通路是什么？TNFRSF9靶向治療的潛在價值如何？今天，我們一起來了解一下。
1、TNFRSF9的結構和表達
TNFRSF9（也稱為ILA；4-1BB；CD137；CDw137）屬于腫瘤壞死因子（TNF）受體超家族。TNFRSF9是一種II型膜糖蛋白，分子量約為30 kDa [2, 3]。TNFRSF9有兩種存在形式，膜結合型和可溶分泌型，可溶性的TNFRSF9，無跨膜結構域 [4]。人TNFRSF9位于染色體1p36。如圖1所示，人TNFRSF9全長包含255個氨基酸（amino acid, aa），其中，17aa信號肽、169aa的胞外區、27aa跨膜區（p.187–213）和42aa的胞內區。大量研究發現，TNFRSF9是T細胞表面一種重要的激活型免疫檢查點分子 [5, 6]。
圖1.TNFRSF9結構示意圖
*圖片來源于Cancer gene therapy出版物 [6]
TNFRSF9在小鼠和人CD4+和CD8+T細胞中廣泛表達 [7]。此外，TNFRSF9還在小鼠活化的自然殺傷（NK）和樹突狀細胞（DC）中表達。人TNFRSF9也在DC、單核細胞、肝癌細胞、惡性腫瘤患者的血管中表達。TNFRSF9在抗原暴露后可迅速在CD4+和CD8+T細胞上表達，激活的TNFRSF9通過在免疫細胞間傳遞活化、增殖或者凋亡信號來調節T細胞介導的免疫反應 [6]。TNFRSF9作為一個新發現的免疫刺激分子，其潛在的實力不容小覷。
2、TNFRSF9的配體
TNFSF9為TNFRSF9的配體，也常見為4-1BBL或CD137L，是一種II型跨膜糖蛋白，常為三聚體，分子量約為34kDa，也屬于腫瘤壞死因子超家族成員 [8, 9]。TNFSF9表達于抗原遞呈細胞（如巨噬細胞、樹突狀細胞、B細胞）及多種腫瘤細胞的表面。TNFSF9經蛋白酶水解脫落可形成可溶性、具有生物活性的分子，并作為可溶性配體發揮作用 [10]。三個單體的TNFRSF9與三聚化的TNFSF9結合，激活TNFSF9在抗原呈遞細胞（APCs）中的逆向信號（圖2）。此外，多項研究表明，TNFRSF9/TNFSF9是一對重要的共刺激分子，在活化細胞與抗原呈遞細胞之間傳導雙向信號。耐人尋味的是，人們發現TNFRSF9和TNFSF9這兩種蛋白在各種癌癥、自身免疫、感染和炎癥疾病中扮演多種角色，介導著復雜的免疫反應 [11]。
圖2. TNFRSF9與TNFSF9的結合
*圖片來源于Trends in pharmacological sciences出版物 [10]
3、TNFRSF9和TNFSF9介導的信號傳導機制
3.1 TNFRSF9信號傳導機制
TNFRSF9與TNFSF9的結合，將激活TNFRSF9并啟動一系列復雜的細胞內信號傳導途徑。如圖3所示，TNFRSF9/TNFSF9激活，導致TNFR因子（TRAF1和TRAF2）的募集，從而導致活化B細胞的NF-κB、JNK/SAPK和p38 MAPK通路的激活。產生的共刺激信號可誘導CD4+和CD8+T淋巴細胞的活性。此外，通過p38 MAPK激活CD4+T淋巴細胞對于輔助性T細胞（Th）1和2的發育以及Th1效應細胞的調節也是非常重要的 [13]。這些信號通路將影響腫瘤相關蛋白的表達，包括促生存的Bcl-2、Bcl-XL和Bfl-1蛋白，促凋亡的Bim蛋白 [14]。由于TNFRSF9和TNFSF9在各種細胞上的結合可以引發雙向信號，誘導各種免疫反應，涉及適應性免疫和先天性免疫，這種復雜調控網絡的具體機制仍不明確 [15]。
圖3. TNFRSF在CD4+/CD8+T細胞上的信號傳導途徑
*圖片來源于Journal of leukocyte biology出版物 [14]
3.2 TNFSF9逆向信號傳導機制
如前所述，TNFSF9能向自身所在的細胞傳遞信號，也就是可激活配體依賴的信號轉導途徑，也稱為“逆向信號”，引起逆向信號誘導的細胞反應 [16]。TNFSF9介導的逆向信號同TNFRSF9受體介導的信號一樣復雜。此外，小鼠的TNFSF9逆向信號傳導與人類的TNFSF9逆向信號傳導非常不同。目前還不知道它們之間的具體聯系。關于TNFSF9逆向信號傳導機制方面有很多假設，一些研究指出，人TNFSF9逆向信號傳導途徑涉及Src酪氨酸激酶、PI3K、p38 MAPK、ERK1/2或NF-κB [17]。在小鼠巨噬細胞中，TNFSF9同TNFRSF9的結合會增加酪氨酸激酶（如Src）的磷酸化 [18]。綜上所述，TNFRSF9和TNFSF9參與了多種調控機制，在各種細胞中的具體作用有待進一步闡明。
4、TNFRSF9在癌癥和自身免疫性疾病中的作用
盡管TNFRSF9和配體TNFSF9之間的復雜機制尚未明確，但大量研究發現，TNFRSF9/TNFSF9在感染性炎癥、自身免疫性疾病中扮演重要角色。值得注意的是，大量動物臨床前研究表明，TNFRSF9參與到癌癥免疫調節中，這將為開發TNFRSF9癌癥免疫療法提供新的方向。
腫瘤組織常低表達或不表達特異性抗原，免疫系統識別腫瘤抗原是引發機體抗腫瘤免疫的關鍵。已有大量研究報道TNFRSF9在腫瘤病人體內的異常表達情況。且TNFRSF9在血管壁、內皮層和血管平滑肌細胞中表達較強 [19]。一項免疫組化實驗發現，在良性腫瘤（2/14）和炎性組織（2/9）中只有少數具有TNFRSF9表達的血管，然而在惡性腫瘤中有TNFRSF9表達的血管的比例明顯增高（11/34）。TNFRSF9陽性血管的腫瘤組織包括纖維肉瘤、腎母細胞瘤和羊齒狀細胞瘤 [19]。通過構建小鼠腫瘤模型研究發現，TNFRSF9可以促進CD8+T細胞增殖，同時促使CD8+向腫瘤內浸潤。一方面TNFRSF9可增強CD8+的免疫效應，另一方面，可通過增強CD4+T細胞、NK細胞的免疫功能來增強CD8+T細胞介導的腫瘤免疫應答 [20, 21]。
在胃癌中，癌細胞的免疫狀態與TNFRSF9和TNFSF9的表達狀態有關，如果腫瘤細胞TNFRSF9呈高表達，則機體對于腫瘤細胞的殺傷作用會更強，反之，如果TNFSF9呈低表達，不能很好的構建TNFRSF9/TNFSF9信號通路，機體對于腫瘤的免疫監視作用便會減弱，更容易發生免疫逃逸。近年來，越來越多的研究發現，TNFRSF9/TNFSF9參與各種腫瘤免疫調控，包括胰腺癌 [22]和肝細胞癌 [23]，但尚未明確它們在腫瘤發展中的具體作用。
在一些自身免疫性疾病中，研究發現TNFRSF9/TNFSF9信號的中斷可以改善單純皰疹病毒性角膜炎（HSK）和類風濕性關節炎（RA），但會加劇淚腺疾病和系統性紅斑狼瘡（SLE）的癥狀 [24, 25]。因此，在自身免疫性疾病中，TNFRSF9并不總是中發揮保護作用，因為它參與了極其復雜的免疫調控過程。TNFRSF9在人類疾病中的具體作用仍有待確定。無論如何，針對TNFRSF9和TNFSF9的研究將為腫瘤治療或自身免疫性疾病提供新的診療思路。
5、靶向TNFRSF9的臨床應用前景
近年來一些TNFRSF9激活型單抗顯示出臨床應用潛力。例如全人源化TNFRSF9單抗Urelumab已經在人類黑色素瘤、腎癌并以及卵巢癌開展了臨床I期和Ⅱ期試驗，耐受性良好。另一個全人源化TNFRSF9單抗Utomilumab（輝瑞公司）被批準用于晚期實體瘤和惡性B細胞白血病I期臨床（NCT01307267）試驗。目前流行的理論認為，TNFRSF9激動劑可用于治療主要由CD4+T細胞介導的癌癥和自身免疫性疾病，而TNFRSF9激動劑可能會使由CD8+T細胞介導的自身免疫性疾病惡化。盡管大多數研究數據表明，TNFRSF9激動劑對CD8+T細胞的共同刺激，但在什么條件下它們會增強或抑制患者的免疫反應還需開展深入的臨床研究。截至目前，以TNFRSF9為靶點的藥物均尚未上市，但TNFRSF9激動劑或拮抗劑已在制藥巨頭中掀起了研發熱潮，這些靶向TNFRSF9的藥物正處于臨床試驗（見下表）。
| 藥物名稱 | 臨床狀態 | 公司 | 適應癥 | 最后更新日期 |
|---|---|---|---|---|
| RO-7122290 | 臨床二期 | F. Hoffmann-La Roche Ag; | 結直腸癌; | 2021-04-08 |
| EU-101 | 臨床二期 | Eutilex; | 非小細胞肺癌; 結直腸癌; 實體瘤; |
2021-06-02 |
| ND-021 | 臨床二期 | Numab Therapeutics Ag; | 非小細胞肺癌; 實體瘤; 腫瘤; |
2021-07-12 |
| GEN-1046 | 臨床二期 | Genmab; | 非小細胞肺癌; 宮頸癌; 三陰性乳腺腫瘤; 實體瘤; 頭頸部鱗狀細胞癌; 移行細胞癌; 子宮內膜癌; |
2020-08-28 |
| GEN-1042 | 臨床二期 | Genmab; | 非小細胞肺癌; 黑色素瘤; 結直腸癌; 實體瘤; |
2021-07-13 |
| ES101 | 臨床二期 | Elpiscience Biopharma, Ltd; 科望（蘇州）生物醫藥科技有限公司; |
非小細胞肺癌; 小細胞肺癌; 胸部腫瘤; 實體瘤; |
2021-04-14 |
| Utomilumab | 臨床二期 | Kite, A Gilead Company; Morphosys; 輝瑞; |
口咽腫瘤; 鱗狀細胞癌; 彌漫性大B-細胞淋巴瘤; 乳腺癌; B-細胞淋巴瘤; 腫瘤; 結直腸癌; 卵巢癌; 非霍奇金淋巴瘤; 非小細胞肺癌; 黑色素瘤; 濾泡中心淋巴瘤; 腎細胞癌; 頭頸部鱗狀細胞癌; 實體瘤; |
2020-12-30 |
| ADG-106 | 臨床二期 | Adagene Inc; 天演藥業（蘇州）有限公司; |
非霍奇金淋巴瘤; 實體瘤; |
2021-01-14 |
| Delolimogene mupadenorepvec | 臨床二期 | Lokon Pharma Ab; Uppsala University; |
膽管癌; 黑色素瘤; 結直腸癌; 卵巢癌; 胰腺癌; |
2020-08-28 |
| Urelumab | 臨床二期 | 百時美施貴寶; 小野制藥; |
慢性淋巴細胞白血病; B-細胞淋巴瘤; 多發性骨髓瘤; 結直腸癌; 頭頸癌; 實體瘤; 非小細胞肺癌; 腫瘤; 非霍奇金淋巴瘤; 黑色素瘤; |
2020-08-28 |
| ATOR-1017 | 臨床一期 | Alligator Bioscience; Alligator Bioscience Ab; |
轉移癌; 實體瘤; |
2020-08-28 |
| INBRX-105 | 臨床一期 | Inhibrx; Inhibrx Inc; |
非霍奇金淋巴瘤; 非小細胞肺癌; 黑色素瘤; 腎細胞癌; 實體瘤; 食道腺癌; 頭頸部鱗狀細胞癌; 胃癌; 移行細胞癌; |
2020-08-28 |
| 西達珠單抗 | 臨床一期 | 山東泰澤惠康生物醫藥有限責任公司; 泰澤惠康（北京）生物醫藥有限責任公司; |
實體瘤; 黑色素瘤; 移行細胞癌; |
2021-07-12 |
| QL-1806 | 臨床一期 | 齊魯制藥有限公司; | 腫瘤; | 2021-07-12 |
| HOT-1030 | 臨床一期 | 華博生物醫藥技術（上海）有限公司; 上海華奧泰生物藥業股份有限公司; |
實體瘤; | 2021-07-12 |
| IBI319 | 臨床一期 | 信達生物制藥（蘇州）有限公司; | 腫瘤; | 2021-07-12 |
| GNC-039 | 臨床一期 | 四川百利藥業有限責任公司; | 膠質瘤; 實體瘤; 轉移癌; 血液腫瘤; |
2021-07-12 |
| ABL-503 | 臨床一期 | Abl Bio Inc; | 實體瘤; | 2021-04-07 |
| TJ-CD4B | 臨床一期 | 天境生物科技（上海）有限公司; | 實體瘤; 食道癌; 食道腺癌; 胃癌; |
2021-06-01 |
| GNC-035 quadr-specific antibody（baili）(GNC-035四特異性抗體) | 臨床一期 | 四川百利藥業有限責任公司; | 實體瘤; | 2021-08-12 |
| FS-222 | 臨床一期 | F-star Beta Ltd; | 轉移癌; | 2021-08-12 |
| GNC-038 | 臨床一期 | 四川百利藥業有限責任公司; | 非霍奇金淋巴瘤; 急性淋巴細胞白血病; 實體瘤; |
2021-07-12 |
| LVGN-6051 | 臨床一期 | 禮進生物醫藥科技有限公司; 禮進生物醫藥科技（蘇州）有限公司; |
腫瘤; | 2021-01-14 |
| MP-0310 | 臨床一期 | 百濟神州有限公司; Molecular Partners Ag; |
實體瘤; | 2021-06-25 |
| CTX-471 | 臨床一期 | Compass Therapeutics LLC; | 實體瘤; 轉移癌; |
2020-10-23 |
| Cinrebafusp alfa | 臨床一期 | Pieris Pharmaceuticals Inc; | 膀胱癌; 乳腺癌; 實體瘤; 胃癌; |
2021-04-13 |
| AGEN-2373 | 臨床一期 | 安帝君斯公司; | 腫瘤; | 2020-08-28 |
| Anti BCMA CART cell therapy (Shanghai YaKe Biotechnology) | 臨床一期 | 上海雅科生物科技有限公司; | 多發性骨髓瘤; | 2020-12-18 |
| PE-0116 | 臨床一期 | 上海懷越生物科技有限公司; | 實體瘤; | 2021-07-12 |
| MCLA-145 | 臨床一期 | Merus Nv; | 實體瘤; | 2020-08-28 |
| RG-7827 | 臨床一期 | 羅氏; | 腫瘤; | 2020-08-28 |
| FS-120 | 臨床一期 | F-Star; F-star Beta Ltd; |
轉移癌; 腫瘤; |
2020-12-04 |
6、TNFRSF9相關科研產品
Recombinant Human TNFRSF9, partial (Active) (CSB-MP023984HU1)
Recombinant Human TNFSF9, partial (Active) (CSB-MP023997HU1)
TNFRSF9 Antibody (ELISA, WB, IF) (CSB-PA08109A0Rb)
TNFSF9 Antibody (ELISA, IHC, IF) (CSB-PA08047A0Rb)
參考文獻：
[1] Geuijen, Cecile, et al. "A human CD137× PD-L1 bispecific antibody promotes anti-tumor immunity via context-dependent T cell costimulation and checkpoint blockade." Nature Communications 12.1 (2021): 1-19.
[2] Lee, Seung-Woo, and Michael Croft. "4-1BB as a therapeutic target for human disease." Therapeutic Targets of the TNF Superfamily (2009): 120-129.
[3] Eckstrum, Kirsten, and Brent M. Bany. "Tumor necrosis factor receptor subfamily 9 (Tnfrsf9) gene is expressed in distinct cell populations in mouse uterus and conceptus during implantation period of pregnancy." Cell and tissue research 344.3 (2011): 567-576.
[4] Luu, Khang, Zhe Shao, and Herbert Schwarz. "The relevance of soluble CD137 in the regulation of immune responses and for immunotherapeutic intervention." Journal of leukocyte biology 107.5 (2020): 731-738.
[5] Eckstrum, Kirsten, and Brent M. Bany. "Tumor necrosis factor receptor subfamily 9 (Tnfrsf9) gene is expressed in distinct cell populations in mouse uterus and conceptus during implantation period of pregnancy." Cell and tissue research 344.3 (2011): 567-576.
[6] Cheuk, Adam TC, Ghulam J. Mufti, and Barbara-ann Guinn. "Role of 4-1BB: 4-1BB ligand in cancer immunotherapy." Cancer gene therapy 11.3 (2004): 215-226.
[7] Deng, Guo-Min, et al. "Lupus serum IgG induces skin inflammation through the TNFRSF9 signaling pathway." The Journal of Immunology 184.12 (2010): 7154-7161.
[8] Bitra, Aruna, et al. "Crystal structures of the human 4-1BB receptor bound to its ligand 4-1BBL reveal covalent receptor dimerization as a potential signaling amplifier." Journal of Biological Chemistry 293.26 (2018): 9958-9969.
[9] Choi, Beom K., and Hyeon-Woo Lee. "The Murine CD137/CD137 Ligand Signalosome: A Signal Platform Generating Signal Complexity." Frontiers in Immunology 11 (2020): 3184.
[10] Melero, Ignacio, et al. "Multi-layered action mechanisms of CD137 (4-1BB)-targeted immunotherapies." Trends in pharmacological sciences 29.8 (2008): 383-390.
[11] Shuh, Maureen, et al. "Tumor necrosis factor-α: life and death of hepatocytes during liver ischemia/reperfusion injury." Ochsner Journal 13.1 (2013): 119-130.
[12] Wu, Yongxia, Claudio Anasetti, and Xue-Zhong Yu. "T-Cell Costimulation and Coinhibition in Graft-Versus-Host Disease and Graft-Versus-Leukemia Effect." Immune Biology of Allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantation. Academic Press, 2019. 167-194.
[13] Makkouk, Amani, Cariad Chester, and Holbrook E. Kohrt. "Rationale for anti-CD137 cancer immunotherapy." European journal of cancer 54 (2016): 112-119.
[14] Shao, Zhe, and Herbert Schwarz. "CD137 ligand, a member of the tumor necrosis factor family, regulates immune responses via reverse signal transduction." Journal of leukocyte biology 89.1 (2011): 21-29.
[15] Nedoszytko, Bogus?aw, et al. "Pathogenesis of psoriasis in the “omic” era. Part II. Genetic, genomic and epigenetic changes in psoriasis." Advances in Dermatology and Allergology/Post?py Dermatologii i Alergologii 37.3 (2020): 283.
[16] MMoh, Mei Chung, et al. "Tumor necrosis factor receptor 1 associates with CD137 ligand and mediates its reverse signaling." The FASEB Journal 27.8 (2013): 2957-2966
[17] Park, Sang Jun, et al. "Reverse signaling through the co-stimulatory ligand, CD137L, as a critical mediator of sterile inflammation." Molecules and cells 33.6 (2012): 533-537.
[18] Kim, Dong‐Ku, Sang Chul Lee, and Hyeon‐Woo Lee. "CD137 ligand‐mediated reverse signals increase cell viability and cytokine expression in murine myeloid cells: Involvement of mTOR/p70S6 kinase and Akt." European journal of immunology 39.9 (2009): 2617-2628.
[19] Sun, Yonglian, Jonathan H. Chen, and Yangxin Fu. "Immunotherapy with agonistic anti-CD137: two sides of a coin." Cell Mol Immunol 1.1 (2004): 31-36.
[20] Broll, Karin, et al. "CD137 expression in tumor vessel walls: high correlation with malignant tumors." American journal of clinical pathology 115.4 (2001): 543-549
[21] Zhe, Shao. "Characterization of murine soluble CD137 and its biological activities." (2009).
[22] Glorieux, Christophe, and Peng Huang. "Regulation of CD137 expression through K-Ras signaling in pancreatic cancer cells." Cancer Communications 39.1 (2019): 1-11.
[23] Wang, Jun, et al. "CD137-mediated pathogenesis from chronic hepatitis to hepatocellular carcinoma in hepatitis B virus-transgenic mice." The Journal of Immunology 185.12 (2010): 7654-7662.
[24] Seo, Su K., et al. "Blocking 4-1BB/4-1BB ligand interactions prevents herpetic stromal keratitis." The Journal of Immunology 171.2 (2003): 576-583.
[25] Thum, Elaine, Zhe Shao, and Herbert Schwarz. "CD137, implications in immunity and potential for therapy." Front Biosci 14 (2009): 4173-4188.
