骨骼是乳腺癌转移的常见部位，影响了超过70%的转移性乳腺癌患者。骨转移会导致骨相关健康问题，如骨质疏松、骨折和高钙血症，从而导致生活质量下降和死亡率增加。临床研究与基因组分析揭示了骨骼并非转移的最终目的地。在超过三分之二的病例中，骨转移继续通过一种称为“转移-二次转移”的过程向其他器官扩散，最终导致患者死亡。
基于单克隆抗体的检查点抑制疗法 (Immune checkpoint inhibition)，已经在治疗各种癌症方面展现出了临床优势。尽管大多数治疗性抗体对其靶标具有高亲和力，但是临床研究表明针对于PD-1/PD-L1以及CTLA-4等已知的免疫检查点的单抗抑制疗法在骨转移以及骨二次转移的治疗中收效甚微。这种疗效缺失似乎特定于骨骼环境，该环境具有免疫抑制特征。多糖-蛋白质复合物 (glycocalyx) 是细胞表面的一种由糖脂和糖蛋白组成的网络，对免疫调节起着关键作用。
近日，美国莱斯大学的Han Xiao教授团队在PNAS 发表研究成果，阐明了Sialic acid-binding Ig-like lectin (Siglec)-15 /唾液酸糖基免疫检查点轴在骨转移中的多重作用，并探索了针对这一糖基免疫检查点的潜在治疗策略。该研究表明，高度唾液酸化的糖类 (Hypersialylated glycans) 被确定为一种免疫抑制标志，被肿瘤利用以逃避免疫识别，并导致骨转移的免疫检查点阻滞治疗的效果不佳。在骨转移中升高的Siglec-15水平可能促进肿瘤诱导的成骨细胞生成，并抑制特异性抗原T细胞反应。接下来，他们证明了抗体阻断Siglec-15 /唾液酸糖基免疫检查点轴可以作为乳腺癌骨转移的潜在治疗手段。通过针对这条途径，不仅有望治疗骨转移，还可以抑制转移癌细胞从骨病变到其他器官的扩散。
图1. Siglec-15参与转移性骨肿瘤、破骨细胞、肿瘤相关巨噬细胞和T细胞的相互作用。Siglec-15抑制T细胞功能，诱导破骨细胞成熟，并促进骨转移恶性循环。
作者首先通过对病人骨转移组织切片进行免疫荧光染色，观测到了Siglec-15在肿瘤组织附近的巨噬细胞 (Tumor-associated macrophage) 的表达量有显著提高。并对常见的肿瘤细胞进行了检测，观测到Siglec-15的配体水平在绝大多数肿瘤细胞都有显著提高。随后作者验证了使用抗Siglec-15单抗可以有效抑制RANKL或肿瘤细胞诱导的破骨细胞增生和分化；mRNA表达量分析也验证了这一效果。在类器官肿瘤与骨共培养的实验中，肿瘤细胞的扩增受到了抗Siglec15抗体的明显抑制，同时细胞毒性实验表明抗Siglec15 抗体并不会直接杀伤肿瘤细胞。
基于此作者继续深入研究了Siglec-15轴如何抑制肿瘤微环境中的免疫细胞。首先作者进行了细胞毒性T细胞（CD8+）与成熟破骨细胞共培育，结果表明成熟破骨细胞可以显著抑制T细胞增殖，同时加速T细胞衰老。然而在使用抗Siglec15 抗体以后，这一趋势被抑制，在一定浓度抗Siglec15 抗体下，成熟破骨细胞不再对T细胞有抑制作用。通过分析成熟破骨细胞在被施加抗Siglec15 抗体后的细胞外分泌改变，作者发现Siglec-15作为一种immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)，可以改变成熟破骨细胞的外分泌活动。对于类器官实验的免疫荧光染色也证明了抗Siglec15 抗体反转了肿瘤微环境对于T细胞的增殖的抑制。总结认为这一现象，抗Siglec15 抗体通过阻断T细胞和破骨细胞的Siglec-15轴，同时改变破骨细胞外分泌，增强了T细胞在骨转移的活性。
图2. 阻断Siglec15轴抑制了破骨细胞的成熟与分化; 抑制了破骨细胞介导的免疫抑制; 以及骨转移
为了深入验证抗Siglec15 抗体作为免疫检查点的单抗抑制疗法在骨转移的可行性，作者建立了数个免疫健全小鼠模型。首先作者使用Balb/c野生型小鼠，通过胫腓骨注射，建立了4T1骨转移模型，抗Siglec15 抗体治疗组对比于PBS，以及Isotype抗体对照组，观测到了显著的差异，骨转移在肿瘤微环境免疫抑制被反转后，得到了完全的消除。同样的疗效，在使用C57BL/6野生型小鼠，通过胫腓骨注射建立的EO771模型中，以及在使用Balb/c野生型小鼠，通过胫腓骨注射建立的EMT6模型中也被证实。
相关论文发表于PNAS，莱斯大学博士研究生Yixian Wang和贝勒医学院Zhan Xu博士为本文共同第一作者。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Siglec-15/sialic acid axis as a central glyco-immune checkpoint in breast cancer bone metastasis
Yixian Wang, Zhan Xu, Kuan-Lin Wu, Liqun Yu, Chenhang Wang, Haoxue Ding, Yang Gao, Han Sun, Yi-Hsuan Wu, Meng Xia, Yuda Chen, Han Xiao
PNAS, 2024, 121, e2312929121, DOI: 10.1073/pnas.2312929121
研究团队简介
Han Xiao教授, 莱斯大学SynthX中心主任，化学与生物工程系教授，德克萨斯州癌症预防与研究所的学者。课题组研究方向包括：生物化学，蛋白质化学修饰，蛋白进化，细胞疗法，抗体偶联，生物免疫疗法，以及相关交叉学科。Han Xiao 教授本科毕业于中国科学技术大学化学系，师从龚流柱教授。研究生毕业于Scripps化学系Peter G. Schultz院士实验室，随后跟随斯坦福大学2022年诺奖得主Carolyn R. Bertozzi院士从事博士后研究工作。其相关研究工作分别以通讯作者、第一作者身份发表文章及专利50多篇。欢迎具有相关背景的人士联系加盟。实验室主页：http://xiao.rice.edu
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