肿瘤反应性抗体的来源和功能

撰文 | 咸姐

在发生感染或疫苗接种时，为了进行克隆扩增和分化，会在生发中心内对携带高亲和力抗体的B细胞进行抗原驱动选择。而早在20世纪50年代，人们就发现自身免疫反应与癌症之间存在着联系，在癌症患者体内，经常存在自身反应性抗体，提示发生了自我耐受性的破坏，就如同在自身免疫性疾病中所观察到的那样【1,2】。自此，人们一直致力于研究患者来源的自身抗体作为诊断和治疗的潜在用途，但是，目前对于肿瘤反应性自身抗体及其细胞表面抗原产生的细胞机制的了解仍然很浅薄。研究发现，肿瘤内B细胞可以通过多种机制促进抗肿瘤免疫反应，包括向T细胞递呈抗原以及分化为分泌自反应和肿瘤特异性抗体的抗体分泌细胞(ASC)。许多类型的实体瘤的肿瘤内都被发现存在ASC及其B细胞前体，富含B细胞的三级淋巴结构(TLS) 的存在与良好的预后密切相关，并显示可预测对免疫治疗的有益反应【3】。尽管许多研究已经对存在于各种肿瘤中的B细胞亚型和ASC进行了表征，但在缺乏确定的表面免疫原的癌症中，单克隆抗体的产生和对其来源、特异性和功能的全面分析仍然是一个巨大的挑战。

在卵巢肿瘤中经常观察到瘤内B细胞和ASC，在这种结缔组织增生性癌症中，肿瘤肿块、其高度纤维化的微环境和转移性细胞不断与腹水接触，导致腹水中积累了肿瘤微环境中ASC产生的抗体。由于这类肿瘤相关液体很容易获得，因此卵巢癌非常适合用于分析抗肿瘤体液免疫反应。高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）是卵巢癌最普遍的亚型，在 HGSOC 患者中，肿瘤的细胞外基质 (ECM) 在促进恶性肿瘤中发挥着关键作用，因为它支持细胞生长和侵袭性。恶性ECM通常是高度纤维化的，并受到ECM重塑酶如基质金属蛋白酶(MMP) 不断调节，包括在HGSOC细胞表面高度表达的MMP14 (MT1-MMP)。研究表明，肿瘤自身蛋白的过表达可以促进自身抗体的产生，并且针对MMP的抗体出现在不同的病理条件下，提示该酶家族可能引发癌症中的免疫反应【4,5】。

近日，来自以色列魏茨曼科学研究所的Ziv Shulman团队在Cell上在线发表题为Tumor-reactive antibodies evolve from non-binding and autoreactive precursors的文章，利用大规模的肿瘤切片成像、患者来源的单克隆抗体和肿瘤靶点鉴定，证明了在高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）患者中，体细胞高突变（SHM）与生殖系编码的肿瘤结合免疫球蛋白一样，都促进了抗体对表面抗原的反应性。由人类卵巢癌内的免疫细胞产生的抗体，以及预先存在的自身抗体，包裹着肿瘤细胞并有助于抗肿瘤免疫反应，由此突出了针对癌症患者肿瘤靶向表面抗原的自身抗体的起源和潜在适用性。

为了探究IgG自身抗体是否可以直接原位结合肿瘤表面，本文研究人员首先对尚未接受新辅助化疗的HGSOC肿瘤样本和健康卵巢及输卵管对照组织样本进行了IgG荧光抗体染色，同时利用机器学习方法（QuPath），根据多种组织学特征（包括核形状、大小和染色质密度）区分基质细胞、上皮细胞和免疫细胞，以精确量化IgG结合上皮细胞的频率，结果显示绝大多数HGSOC原发肿瘤标本的上皮细胞抗体覆盖率明显高于健康输卵管和卵巢表面上皮的本底水平。由此表明恶性上皮细胞是HGSOC患者中内源性IgG抗体的靶标，而且这种现象也存在于其他多种类型癌症中，研究人员指出，类似于基于免疫细胞浸润将肿瘤分类为“热”和“冷”，肿瘤也可因此被分为“抗体反应性”或“抗体无反应性”。对新鲜肿瘤组织的活的肿瘤细胞进行流式检测也证实，HGSOC患者的内源性IgG可以靶向肿瘤细胞表面。进一步分析发现，肿瘤反应性IgG主要有肿瘤内的ASC产生，IgG1是其表达的一种主要的同型抗体，而且IgG阳性ASC以及癌组织中IgG覆盖肿瘤的存在于HGSOC患者的较好的无进展生存期和总生存期相关。随后，研究人员从4例HGSOC Ⅲ-Ⅳ期患者的新鲜肿瘤组织中分选特异性未知的单个IgG1+ ASC，并通过单细胞免疫球蛋白测序对其重链和轻链mRNA进行测序，分析结果显示，肿瘤微环境中大量的ASC因来自共同祖先的SHM而多样化，表明它们的克隆扩增是由特定抗原驱动的，可作为T细胞依赖性免疫反应的一部分。

为了进一步研究HGSOC患者体液免疫反应的本质，研究人员克隆了分离出来的免疫球蛋白，并将其表达为单克隆抗体，选择代表多个克隆成员的免疫球蛋白或具有最高SHM负荷的克隆。同时，研究人员建立了源自3个不同患者的原发肿瘤、网膜转移瘤和腹水来源的肿瘤细胞的HGSOC原代培养，以检测单克隆抗体是否与患者来源的肿瘤细胞结合。实验结果证实，分离的单克隆抗体不是多反应性的，并且显示出与MMP的强结合，特别是在HGSOC肿瘤细胞表面大量表达的MMP14。进一步地，研究人员对其中一个单克隆抗体T13（与MMP14有效结合）进行了表征，结果表明 MMP14上的线性表位是T13单克隆抗体的主要靶标，并且通过预测获得了一种来自患者的抗体在MMP14上的结合表位。值得一提的是，虽然研究人员确实在HGSOC患者的血清中发现了自身抗体，并发现其可以结合表达MMP14的健康组织，但在患者中并没有检测到自身免疫性疾病的迹象，而且对完成新辅助治疗的患者的血液进行检测发现自身反应性抗体的信号很弱。

随后，为了检验患者源性单克隆抗体的结合是否依赖于SHM进行肿瘤结合，研究人员通过将它们的序列恢复成其生殖系序列来产生亲本免疫球蛋白，利用荧光显微镜和QuPath分析其结合能力，实验结果表明，患者体内存在两种类型的肿瘤反应性抗体：一种依赖于SHM与肿瘤结合（I 类），另一种则以生殖系形式与肿瘤结合（II 类）。进一步地利用稀释的ELISA测试生殖系抗体与MMP14的结合也得到了类似的结果，揭示了两类抗体：一类依赖于SHM与MMP14结合，另一类则以其生殖系序列结合MMP14。由此表明，抗肿瘤抗体可以在以生殖系形式引入抗原之前形成，也可以通过获得SHM而产生，而在HGSOC患者中可能会发生抗体对MMP14的亲和力逐步增加。与此同时，研究结果表明，HGSOC中的肿瘤反应性抗体具有功能潜力，然而，效应细胞（如NK细胞）的无效招募或其他细胞类型的功能障碍可能会妨碍细胞介导的抗体效应功能的有效激活。

综上所述，本研究揭示了HGSOC中抗体的靶点，证明根据其来源可以将肿瘤反应性抗体分为两类——天然存在或通过抗原驱动的选择过程进化而来，并显示了患者来源的单克隆抗体作为肿瘤的化学引诱剂或药物递送以及细胞介导的治疗方法的潜力。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.02.012

制版人：十一

参考文献

1. Victora, G.D., and Nussenzweig, M.C. (2022). Germinal centers.Annu. Rev. Immunol.30, 429–457.

2. Zaenker, P., Gray, E.S., and Ziman, M.R. (2016). Autoantibody production in cancer—the humoral immune response toward autologous antigens in cancer patients.Autoimmun. Rev.15, 477–483.

3. Sharonov, G.V., Serebrovskaya, E.O., Yuzhakova, D.V., et al. (2020). B cells, plasma cells and antibody repertoires in the tumour microenvironment.Nat. Rev. Immunol.20, 294–307.

4. Vos, M.C., van der Wurff, A.A.M., et al. (2021). The role of MMP-14 in ovarian cancer: a systematic review.J. Ovarian Res.14, 1–13.

5. Ma, Y., Wang, X., Qiu, C. et al. (2020). Using protein microarray to identify and evaluate autoantibodies to tumor-associated antigens in ovarian cancer.Cancer Sci.112, 537–549.

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