肿瘤治疗前景因子IL15

作者:生物极客  来源/微信公众号:BioGeek_Syngentech 发布日期:2019-08-20

导读 前两期我们为大家综述了2种细胞因子IL-7和IL-18的基本简介及其免疫学功能,由于它们在肿瘤免疫中的重要功能,由此衍生了名为“Armored CAR-T”(装甲)的细胞疗法。今天我们继续介绍一种在肿瘤免疫中发挥重要作用的细胞因子---IL-15。
人白细胞介素15(interleukin-15,IL-15)IL-15是一种多效性细胞因子,具有激活T细胞、B细胞和NK细胞,并可介导这些细胞的增殖和存活的功能。此外,IL-15能激活、维持和扩增CD8+记忆性T细胞,而不激活调节性T淋巴细胞(Tregs,具有免疫抑制功能)。
随着IL-15抗肿瘤的能力被大家熟知,将IL-15作为肿瘤治疗的前景因子也得到了广泛的关注,并取得一定的进展。下面就一起来认识一下IL-15这个因子。
一、IL-15的发现
早在1994年,Grabstein在猿肾上皮细胞系CV-1/EBNA的培养上清液发现该细胞因子,并且该细胞因子能够刺激并维持IL-2依赖的T细胞系的增殖,既具有类似和IL-2类似的生物学功能,随后被命名为IL-15。
二、IL-15介导的信号通路
IL-15R主要由3个亚基组成:α、β和γ亚基。其中β亚基与IL-2R共用,而γ亚基则和IL-2、4、7、9、21R的γ亚基相同,β亚基与γ亚基共同负责胞内的信号传导。其介导的信号通路[1, 2]如图所示:
IL-15与表达在抗原提呈细胞上的高亲和力α受体结合;
IL15Rα将IL-15递呈给IL-2/15Rβγ二聚体形成三元复合物;
激活JAK和STAT型号通路;
促进靶细胞增殖与活化、IFN-γ、TNF-α分泌水平提升;JAK/STAT,Ras/MAPK—增强增殖信号;Bcl-2、Bcl-XL(抗凋亡蛋白)的上调、Bim、Puma(促凋亡蛋白)的下调--减弱凋亡信号。
三、IL-15的免调节作用
IL-15具有广泛的免疫调节活性,能够参与调节多种免疫细胞的存活、增殖与功能,其中包括NK细胞、记忆性CD8+T细胞、NKT细胞等等[2]。如下图所示:
1. 对T细胞的调节作用
早在1996年JamesP发现hIL-15对T细胞具有化学趋化作用:循环的淋巴细胞归巢至外周淋巴结,抑制淋巴细胞发生凋亡,并促进T细胞的活化增殖,诱导产生细胞毒细胞(CTL)[3]。
2002年,Schluns通过敲除的小鼠IL-15及IL-15Rs亚基基因,发现记忆性CD8+T细胞的数目减少了约50%[4]。IL-15除了能够促进记忆性CD8+T细胞的产生,而且在维持体内记忆性CD8+T细胞的数目上也起着至关重要的作用[5]。
2. 对NK细胞的调节作用
研究表明,IL-15在NK细胞的活化与增殖中起着重要作用。在IL-15及IL-15R增亚基基因敲除小鼠体内,NK细胞的数目都不同程度的减少,而在过表达IL-15的小鼠体内,NK细胞的数目则明显增加,并能增强小鼠的免疫反应[6]。
3. 对其他免疫细胞的调节作用
此外,IL-15在DC细胞及巨噬细胞的功能成熟中也扮演重要角色。在DC细胞中,IL-15能够促进DC细胞表达共刺激因子及IFN-γ,提高DC细胞活化CD8+T细胞及NK细胞的能力[7]。
四、IL-15的抗肿瘤作用
IL-15的抗肿瘤效应主要是通过促进CD8+T细胞和NK细胞的增殖及活化。在多种实验动物肿瘤模型(LA795肺腺癌,黑素瘤(B16,B78-H1),MC38结肠癌,肝癌和淋巴瘤)中,利用IL-15治疗均可以促进肿瘤的消退,减少肿瘤的转移,提高存活率。
如:在小鼠原发性肝细胞肝癌的模型中,IL-15/IL-15R复合物被证实能通过促进CD8+T细胞的增殖并维持其生存,从而很大程度上增加了小鼠体内CD8+T细胞的数量,同时促进CD8+T细胞分泌细胞因子IFN及TNF,最终增强了小鼠抗肿瘤的能力[8]。
又如:1997年Robert Evans等人通过给小鼠注射IL-15,结果显示IL-15可延长CY诱导(环磷酰胺,目前广泛应用的抗癌药物)的缓解期。此外,IL-15显示出增强过继性免疫治疗的功效[9]。
但由于IL-15半衰期短,且其分子小,肾脏清除率高,每天多次注射给药在方法上极其不便。因此单纯应用重组IL-15同样在肿瘤治疗上受限。细胞因子的基因治疗正好弥补了以上不足。
2010年,V Hoyos等人使用联合表达IL-15的CD19-CART细胞疗法,检测CD19-CART/CD19-IL15-CART抗肿瘤的能力。发现CD19-IL15-CART细胞分泌IL-15水平较CD19-CART明显提升,CD19-IL15-CART细胞扩增能力和免疫功能均高于CD19-CART细胞。
如下图所示:用CD19/CD19-IL15载体转导的T淋巴细胞,给予抗原刺激后,发现CD19-IL15-CART细胞具有比CD19-CART细胞更大的增殖能力;并且在异种移植Daudi淋巴瘤鼠模型中,尾静脉注射CD19-CART细胞和CD19-IL15-CART细胞后观察肿瘤细胞的数量,发现注射CD19-IL15-CART细胞的小鼠肿瘤消除更快。这说明CD19-IL15-CART的抗肿瘤的能力强于CD19-CART。如下图四所示[10]。CD19/CD19-IL15转导T细胞后,T细胞增殖情况CD19/CD19-IL15-CART细胞抗肿瘤能力
五、临床前景
Stephenson等通过在水疱性口炎病毒(VSV)中插入分泌型hIL-15(人IL-15基因)以增强溶瘤细胞病毒的杀瘤毒性,结果显示:当CT-26结肠癌细胞转染增强型VSV后,局部高表达IL-15,这使得CTL细胞免疫功能增强、生存率提高,进而增强CTL细胞抗肿瘤的能力。
基于IL-15良好的抗肿瘤能力,学者开始尝试将IL-15或IL-15的激动剂与其他的治疗方法联合使用,以期能够进一步提高肿瘤的治疗效果,主要包括(1)与化疗药物结联用;(2)与免疫检查点PD-1阻断药物联用;(3)与激动性的抗CD40抗体联用;(4)制备IL-15及IL-15Rα融合蛋白等。
综上所述,IL-15作为一种重要的细胞因子,在自身免疫性疾病、炎症性疾病、肿瘤等疾病的发生发展中发挥着重要的作用。目前针对IL-15在治疗以上疾病的动物实验及临床实验也已逐步展开,并取得了相应的成果。相信IL-15在未来会给我们带来更多的惊喜!
参考文献:
[1] Mishra A, Sullivan L, Caligiuri M A, et al. Molecular pathways: interleukin-15 signaling in health and in cancer.[J]. Clinical Cancer Research, 2014, 20(8): 2044-2050.
[2] Jakobisiak M, Golab J, Lasek W, et al. Interleukin 15 as a promising candidate for tumor immunotherapy[J]. Cytokine & Growth Factor Reviews, 2011, 22(2): 99-108.
[3] Lodolce J P, Boone D L, Chai S, et al. IL-15 Receptor Maintains Lymphoid Homeostasis by Supporting Lymphocyte Homing and Proliferation[J]. Immunity, 1998, 9(5): 669-676.
[4] Kennedy, M.K., et al., Reversible defects in natural killer and memory CD8 T cell lineages in interleukin 15-deficient mice. J Exp Med, 2000. 191(5): p. 771-80.
[5] Schluns, K.S., et al., Cutting edge: requirement for IL-15 in the generation of primary and memory antigen-specific CD8 T cells. J Immunol, 2002. 168(10): p. 4827-31.
[6] Marks-Konczalik, J., et al., IL-2-induced activation-induced cell death is inhibited in IL-15 transgenic mice. Proc Natl Acad Sci U S A, 2000. 97(21): p. 11445-50.
[7] Jinushi, M., et al., Autocrine/paracrine IL-15 that is required for type I IFN-mediated dendritic cell expression of MHC class I-related chain A and B is impaired in hepatitis C virus infection. J Immunol, 2003. 171(10): p. 5423-9.
[8] Cheng, L., et al., Hyper-IL-15 suppresses metastatic and autochthonous liver cancer by promoting tumour-specific CD8+ T cell responses. J Hepatol, 2014. 61(6): p. 1297-303.
[9] Evans R, Fuller J A, Christianson G, et al. IL-15 Mediates Anti-tumor Effects after Cyclophosphamide Injection. Cellular Immunology, 1997, 179(1): 66-73.
[10] Hoyos V, Savoldo B, Quintarelli C, et al. Engineering CD19-specific T lymphocytes with interleukin-15 and a suicide gene to enhance their anti-lymphoma/leukemia effects and safety[J]. Leukemia, 2010, 24(6): 1160-1170.
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2. CAR-T的发展历程
3.CAR-T疗法中的小明星--IL7
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