補體系統(tǒng)與腫瘤免疫的研究進展*

路平 魏少忠 梁新軍

作者單位：①華中科技大學同濟醫(yī)學院第七臨床學院附屬湖北省腫瘤醫(yī)院腹部腫瘤科（武漢市430079）；②胃腸外科

補體是一個精密調控的蛋白質系統(tǒng)，它由50 多種可溶性蛋白和膜結合蛋白組成，包括補體固有成分（如C1～9）、補體受體（如C3aR、C5aR、CR2）和補體調節(jié)蛋白（如CFI、CFH）。補體系統(tǒng)是防御病原體的第一道防線并參與維持機體動態(tài)平衡。補體對腫瘤的調節(jié)作用已在不同類型的癌癥中得到證實，一方面，補體可以通過激活機體的免疫反應、參與調理素反應以及直接殺傷作用，在促進免疫監(jiān)視和抑制腫瘤細胞方面發(fā)揮重要作用。另一方面，腫瘤微環(huán)境中過度激活的補體是維持慢性局部炎癥反應的關鍵因素并促進腫瘤發(fā)展；補體對免疫反應信號通路的干擾也極大地促進腫瘤免疫逃逸以及免疫抑制。

1 補體的激活與調控

研究證明，在不同的腫瘤類型中補體系統(tǒng)可以通過典型或非典型補體激活途徑被激活，在腫瘤的生長調控中起著關鍵作用。

1.1 典型的補體激活途徑

補體蛋白通過結合特定分子如抗原-抗體復合物、甘露糖結合凝集素（mannose-binding lectin，MBL）、MBL 相關絲氨酸蛋白酶（mannose-binding lectin-associated serine protease，MASP）、備解素（也稱為P 因子），對應激信號做出快速反應，從而啟動補體蛋白水

解級聯(lián)反應。補體可以通過三種典型途徑激活，即經典途徑、凝集素途徑或旁路途徑，具有共同的終末途徑。補體激活途徑可分為四個主要步驟，即補體激活、C3 轉化酶形成、C5 轉化酶生成和膜攻擊復合物（membrane attack complex，MAC）組裝（圖1）。其中，C3a、C5a 是重要的炎癥介質，調理素C3b 還可進一步切割成C3d、C3c、C3dg 等小片段，參與獲得性免疫應答。此外，膜結合性補體調節(jié)蛋白（membrane-bound complement regulatory proteins，mCRPs）及可溶性補體調節(jié)蛋白（soluble complement regulatory proteins，sCRPs）可在不同水平對補體級聯(lián)反應進行精密調控，以調節(jié)特定免疫效應和反應強度。

圖1 三種補體激活途徑:經典途徑、凝集素途徑與旁路途徑

TC-1 小鼠證明補體可以通過經典途徑被激活[1]。在KRAS 突變的CMT167 肺癌細胞系的另一個同基因肺癌小鼠模型中，補體也可通過旁路途徑被激活從而促進腫瘤發(fā)展[2]。此外，有研究報道病原真菌通過MBL 途徑激活補體并促進胰腺導管腺癌的進展[3]。

1.2 非典型的補體激活途徑

補體激活并不局限于細胞外，在細胞內也可以通過組織蛋白酶L、腎素、凝血酶和纖溶酶裂解C3 和C5 補體，并以自分泌的方式被分泌而不依賴于傳統(tǒng)的轉化酶途徑。非典型補體激活途徑在T 細胞穩(wěn)態(tài)和效應中發(fā)揮關鍵作用。C3a 可通過細胞內組織蛋白酶L（cathepsin L，CTSL）的裂解而產生，并且CTSL可以激活溶酶體上的C3aR 受體，導致mTOR 的低水平激活，從而維持靜止的CD4+T 細胞動態(tài)平衡[4]。這種細胞內C3 非典型激活途徑向細胞表面的遷移導致TCR 和共刺激分子CD28 的激活。C3a 和C3b 分別觸發(fā)C3aR 和CD46，刺激mTORC1 的持續(xù)激活。此外，糖酵解和氧化磷酸化可被重新編程，并促進Th1 分泌干擾素IFN-γ。當CD4+T 細胞被激活時，CD46 觸發(fā)C5 在細胞內裂解成C5a，從而誘導細胞內的C5aR1 激活，促使C5aR1 依賴的活性氧的產生。NLRP3 型炎癥介質被自分泌的C5a 激活，刺激分泌IL-1β，從而維持對Th1 細胞的誘導分化。此外，IL-2R 和CD46 能夠誘導IL-10 的產生，導致TH1 細胞群向收縮期轉變[5-9]。

1.3 補體調節(jié)蛋白的調控作用

補體調節(jié)蛋白存在于多種細胞表面以及血漿中，通過調控MAC 組裝以及酶活性等而調節(jié)補體級聯(lián)酶促反應，旨在保護宿主細胞免受補體系統(tǒng)的意外裂解。其可分為mCRPs 以及sCRPs，前者主要包括膜輔蛋白（membrane cofactor protein，MCP/CD46）、衰變加速因子（decay-accelerating factor，DAF/CD55）和膜反應性溶解抑制因子（membrane inhibitor of reactive lysis，MIRL/CD59）；后者主要包括B 因子（complement factor B，CFB）、H 因子（complement factor H，CFH）。CD46 是C3b 和C4b 裂解的輔助因子，過剩的C3b和C4b 可裂解為C3bi、C3f 和C4d、C4c；CD55 是一種糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白(glycosyl- phosphatidyl inositol-anchored protein，GPI-AP），廣泛表達于細胞表面，可加速C3 轉化酶的衰變并抑制C3b 沉積，從而限制補體的激活；CD59 是另一種GPI-AP，可與C8和C9 結合而抑制MAC 的形成；CFH 與CFB 競爭性結合C3b，干擾C3 轉化酶復合體的生成，此外，它還能促進C3bBb 的解離，是旁路途徑中不可缺少的可溶性調節(jié)補體調節(jié)蛋白。

2 補體系統(tǒng)與腫瘤免疫

腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個多因素的過程，腫瘤的生長受免疫系統(tǒng)的調控，宿主免疫系統(tǒng)與腫瘤發(fā)生發(fā)展之間存在著動態(tài)而復雜的關系。腫瘤微環(huán)境中活化的補體分子可影響多種免疫調節(jié)途徑，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著非常重要的作用并最終影響腫瘤的命運，部分補體蛋白在腫瘤中的效應功能整理見表1。

表1 部分重要補體蛋白成分及其功能效應

2.1 補體系統(tǒng)對腫瘤的免疫監(jiān)視作用

補體可以促進免疫監(jiān)視并抑制腫瘤進展，在抗腫瘤B 細胞發(fā)揮免疫效應過程中承擔重要角色。在CD4+T 細胞以及抗原提呈細胞的協(xié)同下，補體可以促進B 細胞對腫瘤細胞的可溶性抗原或者膜表達抗原做出應答反應，并促進腫瘤抗體的產生。CR2 是C3d的受體，可在B 淋巴細胞、濾泡樹突狀細胞、T 淋巴細胞和上皮細胞表達。由免疫原性細胞死亡引發(fā)的補體CR2 信號可以降低激活B 細胞閾值進而調節(jié)該B細胞亞群。CR2 可以在兩個層面上調節(jié)B 細胞的功能：B 細胞上的CR2 提供直接信號；在親和成熟過程中，濾泡樹突狀細胞通過CR2 捕獲并向B 細胞遞送C3 調理抗原。CD55 在腫瘤中的異質性表達決定了B 細胞在化療中的不同效應。補體蛋白及其受體參與抗原提呈細胞（antigen-presenting cell，APC）與T 細胞相互作用的不同階段，APC 可產生C3 并表達C3aR和C5aR。C3 或C3aR 缺陷的APC 在誘導T 細胞免疫反應方面的效力要低得多。當APC 呈遞抗原給T細胞后，T 細胞上的C5aR 是其增殖所必需的。C5a與T 細胞上的C5aR 結合既有抗凋亡作用，又有促增殖作用。補體也可以通過典型的激活途徑產生MAC攻膜復合物導致腫瘤細胞的裂解。在卵巢癌小鼠模型中，低水平的C5a 參與了M1 巨噬細胞和NK 細胞的募集。

2.2 補體系統(tǒng)促進腫瘤的免疫抑制效應

2.2.1 補體蛋白對腫瘤微環(huán)境中各成分的影響 腫瘤微環(huán)境中補體過度激活影響多種免疫調節(jié)途徑，是炎癥、免疫抑制和腫瘤進展之間的關鍵環(huán)節(jié)。失衡的補體通過維持局部免疫抑制和慢性炎癥在腫瘤促進中起著關鍵作用[11]。在宮頸癌、結直腸癌、黑色素瘤和肺癌等動物模型中發(fā)現，C3aR 和C5aR1 介導的信號通路通過激活和極化天然免疫細胞、抑制效應T 細胞和釋放促腫瘤因子來促進腫瘤微環(huán)境向有利于腫瘤進展方向轉化。不同的補體衍生效應分子及其下游信號參與腫瘤的轉化及進展，包括增殖、基質重塑、遷移、血管生成、侵襲和轉移等[10]。

腫瘤相關巨噬細胞（tumor associated macrophages，TAMs)可以通過多種途徑促進腫瘤的發(fā)展[12-13]，如調節(jié)腫瘤細胞的運動和侵襲力、抑制抗腫瘤免疫、重塑細胞外基質和促進血管生成。有研究證實[14]，C5aR1可以抑制Th1 的產生，將TAMs 轉化為M2 表型。C1q在體外可以誘導巨噬細胞產生耐受/免疫抑制的表型，即有利于M2 極化，這與PD-L1 和PD-L2 的上調以及T 細胞的增殖減少有關。C1q 還通過抑制T 細胞的增殖和調節(jié)CD8+T 細胞的線粒體代謝對T 細胞產生直接作用。髓源性抑制細胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）是一種有效的抗腫瘤免疫抑制劑，能促進腫瘤血管生成，影響樹突狀細胞的抗原提呈能力、T 細胞應答、巨噬細胞極化和NK 細胞毒作用。C5a/C5aR1 對單核細胞的激活和對MDSC 的募集可能與C5a 良好的趨化性和MDSC 表面整合素表達的改變有關，這對腫瘤中MDSC 的免疫抑制功能非常重要[14]。在無瘤模型中，C3a 和C5a 在體外通過轉化生長因子β1 依賴的機制抑制調節(jié)性T 細胞（Treg）的誘導[15]，然而，在轉移性乳腺癌模型中，C5aR1 缺乏會導致血液和肺中Treg 的數量減少，并降低小鼠的肺轉移瘤負荷。在HPV 誘導的同基因腫瘤模型中，C5aR1 拮抗劑顯著增加了CD8+T 細胞對腫瘤殺傷，且這種效應在中和CD8+T 細胞抗體后完全消除。在小鼠黑色素瘤和乳腺癌模型中，CD8+T 細胞自分泌產生的C3 可以抑制IL-10 的表達，而IL-10 在CD8+T 細胞的擴增和殺傷活性中有重要地位。CD4+T 細胞包括幾個亞群，其中Th1 細胞具有抗腫瘤活性而Th2 細胞具有促癌特性，Th1/Th2 細胞比率是某些惡性腫瘤的預后因素。在乳腺癌小鼠模型中，C5a 可以調節(jié)CD4+T 細胞的極化。此外，小鼠肺癌模型也證實C3a通過與CD4+T 細胞表面的C3aR 結合而下調CD4+T細胞的抗腫瘤反應[2]。

2.2.2 補體促進腫瘤轉移 許多研究證實，軟腦膜轉移瘤細胞產生的C3 可以破壞血腦屏障[16]，而且軟腦膜轉移瘤患者的C3 水平高于腦實質轉移瘤患者。C3 不僅在原發(fā)灶腫瘤細胞的免疫調節(jié)或信號轉導中發(fā)揮重要作用，而且在轉移前的腫瘤微環(huán)境中也發(fā)揮重要作用，可以促進腫瘤細胞在轉移靶器官中的種植。一些研究證實了VEGFR1 和MDSCs 也參與此過程，在MDSCs 中表達的C5aR1 有利于腫瘤細胞轉移到不同靶器官，用C5aR1 拮抗劑（PMX-53）處理后的野生型或C5aR1 缺陷小鼠的肝、肺轉移較少。此外，補體可以誘導金屬蛋白酶、增加應力纖維和絲狀纖維的表達以及降解細胞外基質進而調節(jié)腫瘤細胞的運動和侵襲。

2.2.3 補體有利于腫瘤血管生成 腫瘤血管的生成幾乎存在于所有腫瘤發(fā)展過程中[17]，補體與血管生成和腫瘤生長相關。C5aR1 和C3aR 可以促進MDSC和TAMs 分泌多種血管生成因子，而間接促進腫瘤血管生成。C3a 和C5a 可上調血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，BFGF）等生長因子的表達，從而促進內皮細胞的增殖[11]。在轉基因卵巢癌模型中，C3-/-和C5aR-/-會導致腫瘤血管生成受損，血管通透性增加[16]，但對微血管密度無影響。C1q 可由內皮細胞以一種非典型的方式產生，通過調節(jié) VEGFs 及其受體的表達參與腫瘤新生血管的形成[1]，C1q 缺乏可導致腫瘤微血管密度降低或血管結構紊亂。

3 靶向補體與腫瘤免疫治療

靶向補體有助于克服免疫抑制從而產生抗腫瘤免疫反應。事實上，補體效應具有環(huán)境依賴性。在效應性T 細胞存在的情況下，補體有助于抗腫瘤；而當其他細胞占主導地位時，補體蛋白有利于腫瘤進展[18]。因此，確定補體靶向的特定信號通路、效應分子和腫瘤類型是非常重要的，將指導臨床腫瘤免疫治療。

3.1 補體蛋白與單克隆抗體

在靶向治療單克隆抗體中，補體通過抗體依賴的細胞毒作用（antibody-dependent cytotoxicity，ADC）、抗體依賴細胞介導的細胞毒作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）、補體依賴的細胞毒作用（complement dependent cytotoxicity，CDC）[19-20]、補體依賴細胞介導的細胞毒作用（complement dependent cell-mediated cytotoxicity，CDCC）等途徑發(fā)揮抗腫瘤作用[21]。其中，利妥昔單抗是靶向CD20 的人鼠嵌合單抗，主要通過ADCC 發(fā)揮抗腫瘤作用。編輯只與C1q 或其他補體結合而不與FcγRs 結合的Fc 片段，可以促進CDCC 在單克隆抗體治療中的作用。結果表明，CDCC 清除腫瘤細胞的能力與ADCC 相近。此外，CDCC 作用易受靶細胞表面抗原的密度、補體調節(jié)蛋白水平和補體耗竭等多種因素的影響。深入了解補體效應分子的作用機制，合理優(yōu)化這些效應，可能會提高單抗的臨床療效[22]。奧法木單抗是靶向CD20 的人源化單抗，在白血病模型中[23]，表現出比利妥昔單抗更強的CDC 相關細胞毒作用。

3.2 靶向補體調節(jié)蛋白

然而，補體在單克隆抗體治療中的作用是復雜的，已經觀察到mCRPs 和sCRPs 參與了腫瘤逃避補體攻擊過程，這可能會阻礙補體的抗腫瘤作用。一項研究表明套細胞淋巴瘤對利妥昔單抗的耐藥性與淋巴瘤細胞表面高水平的CD55 和CD59 有關[24]?；诖祟悊栴}，特異性靶向補體調節(jié)蛋白也可能成為安全有效的治療策略。在多發(fā)性骨髓瘤模型中，證實了靶CD46免疫治療的療效，并取得顯著成果[7]。靶向CD46 的免疫治療可有效地殺傷腺癌細胞和神經內分泌前列腺癌細胞，有望成為治療轉移性去勢抵抗性前列腺癌和腺癌的不錯選擇。

3.3 靶向補體的聯(lián)合免疫治療

在肺癌模型，C5aR1 拮抗劑與PD-1 抑制劑聯(lián)合應用在提高抗腫瘤免疫方面顯示出協(xié)同作用[25]。C5aR1單克隆抗體(IPH5401)與抗PDL1 德瓦魯單抗（durvalumab）聯(lián)合治療晚期實體腫瘤（STELLA-001，NCT03665129）的I 期臨床試驗已經開展。此外，C5aR1拮抗劑PMX-53 在鱗癌化療模型中促進了抗腫瘤T細胞反應，顯示出協(xié)同作用[26]。

4 結語

補體系統(tǒng)可以通過細胞毒作用以及參與適應性免疫等途徑對腫瘤實行免疫監(jiān)視，但大量研究顯示補體激活在腫瘤進展、血管生成以及免疫逃逸中有至關重要的作用。本文揭示了補體蛋白與腫瘤免疫之間的相互作用，以及補體作為抗腫瘤潛在免疫治療靶點的前景。補體調節(jié)是補充現有抗腫瘤藥物和設計新的抗腫瘤治療藥物的一個很有前途的潛在靶點。雖然有數據顯示靶向補體與其他抗腫瘤療法具有協(xié)同作用，但在這些研究中確認聯(lián)合治療的安全性還為時過早，需要進一步深入的研究以及大量的臨床試驗。