MICA脱落与肿瘤免疫逃逸：肿瘤免疫治疗新靶标和新策略

赵欣，ACHEAMPONG D. O.，张娟，王旻

（中国药科大学天然药物活性物质与功能国家重点实验室, 江苏 南京 210009）

MICA脱落与肿瘤免疫逃逸：肿瘤免疫治疗新靶标和新策略

赵欣，ACHEAMPONG D. O.，张娟*，王旻**

（中国药科大学天然药物活性物质与功能国家重点实验室, 江苏 南京 210009）

MHCⅠ类链相关分子（MICA）是自然杀伤细胞和T细胞上NKG2D受体的主要活化性配体，在上皮源性肿瘤细胞表面过表达。NKG2D与MICA的结合可有效刺激效应细胞对肿瘤细胞的细胞毒作用。然而，临床观察表明，MICA会在肿瘤的增殖过程中脱落而形成可溶性MICA（sMICA），这被认为是肿瘤细胞逃脱NKG2D介导的免疫监视的重要原因。综述在肿瘤细胞中MICA和NKG2D的表达与功能、sMICA的形成与肿瘤免疫逃逸的关联以及介导MICA脱落的机制，由此探讨肿瘤免疫治疗的新靶点和新策略。

MHCⅠ类链相关分子；NKG2D受体；MICA脱落；肿瘤细胞；自然杀伤细胞；免疫逃逸；药物靶点

免疫系统与肿瘤间的相互作用包括3个阶段：1）免疫系统介导的免疫应答抑制肿瘤的增殖与转移；2）肿瘤在免疫系统诱导的炎症反应中得以生长、存活；3）肿瘤利用免疫调节机制为自身的存活创造免疫抑制微环境，逃脱免疫监视的同时形成一道阻断肿瘤免疫治疗的屏障[1-2]。MHCⅠ类链相关分子（MHC class I chain-related molecule A，MICA ）是表达在自然杀伤细胞（natural killer cell， NK）上NKG2D（natural killer group 2, member D）受体的一种重要活化性配体，NKG2D-MICA介导的免疫监视效应可有效刺激NK细胞对肿瘤进行杀伤[3]。然而，临床研究显示，肿瘤细胞在生长过程中，其膜表面MICA会脱落而形成可溶性MICA（sMICA)，这被认为是肿瘤细胞逃脱NKG2D介导的免疫监视效应的主要机制[4]。体外实验也证实，sMICA含量的增加可显著降低NK细胞和T细胞表面NKG2D的水平[5]。因此，深入探讨在肿瘤细胞中MICA和NKG2D的表达与功能、sMICA的形成与肿瘤免疫逃逸的关联以及介导MICA脱落的机制，对于寻找与发现肿瘤治疗的新靶点和新策略具有重要意义。

1 MICA和NKG2D的表达与功能

1.1 MICA

MICA是人NKG2D的主要功能性配体，其编码基因MICA(MHC class I chain-related gene A )位于HLA-Ⅲ类基因区的第6号染色体上，现已发现MICA有61个等位基因。MIC家族有包括MICA～MICG在内的7个基因，但只有MICA和MICB具有编码、转录和表达产物的功能（Ota等, Tissue Antigens, 2000年）。研究显示，MICA不需要其他蛋白（如抗原肽和β2微球蛋白）的协助，便可折叠成为天然构象形式并在细胞表面表达。MICA在正常细胞上不表达，但在上皮源性肿瘤细胞和应激条件下（如被细菌诱导、病毒感染及被致癌基因诱导）的细胞上高表达。NKG2D作为MICA的受体表达在NK细胞以及未激活的外周血CD8+αβT/γδT的细胞膜上，当刺激NKG2D-MICA介导的信号通路后，可有效加强NK细胞和部分T细胞的抗肿瘤效应，为免疫系统对肿瘤细胞的清除创造条件。但是，一些肿瘤细胞膜表面的MICA会随着肿瘤细胞的增殖而脱落至血清中，形成sMICA，从而抑制NKG2D介导的免疫监视效应，这被认为是肿瘤细胞能够成功逃脱机体免疫监视的重要机制之一[6]。因此，研究sMICA在肿瘤细胞中的形成过程，是探讨肿瘤细胞如何逃脱机体免疫监视的重中之重，也必将为抗肿瘤药物的开发提供新的思路。

1.2 NKG2D

NKG2D是在NK细胞与CD8T细胞（αβ/γδ）膜表面表达的一种活化性受体，是C型凝集素超家族中的一员，其在NK细胞或T细胞介导的免疫效应中发挥着至关重要的作用[7]。NKG2D由KLRK1基因编码，由于自身缺少信号转导区，因而需要DAP10和DAP12这两种转接蛋白共同参与信号传导，NKG2D最终以一种六聚体的形式来发挥它的完整功能[8]。20世纪末，研究者首次发现了NKG2D作为活化性受体的功能（Bauer等, Science, 1999年）。NKG2D的表达在正常生理条件下处于低水平，以避免机体过度免疫，但当细胞处于应激状态下，如发生病毒感染或者发生癌变时，NKG2D的表达水平会大幅增加，以加强NK细胞主导的免疫杀伤作用[9]。NKG2D与其配体结合后，不仅可以刺激NK细胞介导的免疫反应对癌细胞进行杀伤，同时在CD8T细胞上表达的NKG2D还可作为协同刺激分子使效应细胞发挥最大作用[10]。不过，一些肿瘤细胞会在生长过程中脱落NKG2D的配体，从而破坏由NKG2D介导的免疫监视反应，这被认为是肿瘤逃脱免疫监视的重要机制[11]。

2 sMICA的形成与肿瘤免疫逃逸

sMICA的产生会导致NKG2D受体的表达下调，不利于NKG2D-MICA介导的免疫杀伤效应的发挥，由此影响效应细胞的细胞毒作用，这被认为是导致肿瘤细胞逃脱免疫监视的重要原因[12]。当NK细胞表面的NKG2D复合体与sMICA结合后，NKG2D受体会通过内化作用而被降解，从而降低效应细胞的细胞毒效应，由此降低免疫反应强度。临床数据表明，在癌症发生时，血清中sMICA的含量会上升，而NKG2D的表达会下降；且在动物模型实验中，阻止MICA的脱落可明显抑制肿瘤的发生[13]。Lu等[14]在研究中发现，MICA的脱落开始于癌细胞产生的早期，致使免疫系统不能及时发现并清除癌细胞。所以，恢复NKG2D-MICA介导的免疫监视作用，对于癌症的治疗有着重要意义。同时，Holdenrieder等[15]的研究表明，在癌细胞的发生、转移以及不良预后中，sMICA的表达会增加，而将肿瘤细胞切除后，血清中sMICA的含量会显著下降，且NKG2D的表达水平会上调。可见，抑制sMICA的产生，对于抑制肿瘤的发生并加强体内NK细胞介导的免疫效应，有着至关重要的意义。故可以将血清中sMICA含量作为一种新型生物指标，通过检测血清中sMICA含量来监测包括多发性骨髓瘤细胞在内的多种肿瘤细胞的发生，而且还可将sMICA及其形成过程中的诸多关键性因素作为抗肿瘤免疫治疗的新型靶点，用于新药的设计与开发。

3 介导MICA脱落的主要机制与肿瘤治疗靶点

3.1 葡萄糖调节蛋白78

葡萄糖调节蛋白78（glucose-regulated protein 78，GPR78） 是 热 休 克 蛋 白70（heat shock protein70, HSP70）家族的一员，其相对分子质量为78 000。正常生理状态下，GPR78通过其C端结构域定位于细胞核周围的内质网，与新生多肽的疏水区域结合，参与其折叠过程、引导错误折叠蛋白降解及膜蛋白或分泌蛋白的运输过程等[16]。而在特定环境下，如在肿瘤细胞中，GPR78能通过移位作用定位于细胞膜甚至脱落释放至细胞质[17]。研究发现，GRP78在多种肿瘤中高表达，其通过充当细胞表面受体而促进肿瘤细胞增殖、转移[18]，且能通过与caspase家族成员形成复合物而抑制细胞的程序性死亡过程[19]。最近的研究发现，转位至细胞膜表面的GRP78还可通过调控蛋白质二硫键异构酶的作用，并在蛋白质水解酶的参与下，对肿瘤细胞表面的MICA进行切割，致使MICA脱落，形成sMICA，进而在一定程度上引起肿瘤细胞逃离免疫系统的监视[20]。鉴于GRP78的诸多生理功能，其不仅可作为肿瘤诊断的生物标志物，也可作为药物靶标用于抗肿瘤药物的开发。

3.2 内质网蛋白5

内质网蛋白5（endoplasmic reticulum protein 5, ERp5）是一种与内质网相连的蛋白酶，属于内质网蛋白大家族的一员，其在机体正常生理过程中充当着蛋白酶、蛋白质二硫键异构酶、巯基二硫化物氧化酶或磷脂酶的角色。ERp5由440个氨基酸组成，包含了两个硫氧还原蛋白结构域，主要生理功能是调控新生蛋白质折叠以及二硫键的形成，也参与受体的活化与重排、底物加工等过程[21]。有研究表明，在上皮细胞瘤中MICA的表达与ERp5的表达水平呈显著正相关，并且ERp5可通过移位作用而与肿瘤细胞表面的MICA之间形成瞬时二硫键，并发挥蛋白水解酶作用，切割该复合物，导致MICA脱落，形成sMICA，进而引起NKG2D表达下调，为肿瘤细胞逃脱免疫系统的监视提供条件[22]；ERp5能特异性结合于MIC多肽中α3结构域的NGTYQT序列[23]。并且，通过基因手段将ERp5基因沉默或利用氧化苯砷(PAO)等抑制ERp5酶活性，均能阻滞MICA脱落，这表明ERp5的催化活性是造成MICA脱落的必需要素。已有研究发现，抗ERp5抗体可在多种实体瘤及白血病的治疗中发挥重要作用[24]。因此，ERp5和MICA蛋白结合过程中的诸多要素均有望作为抗肿瘤药物的靶标，以阻断其相互结合，从而避免由于MICA脱落而造成的肿瘤免疫逃逸。

3.3 基质金属蛋白酶2

钙/锌依赖性的胞内基质金属蛋白酶（matrix metallopeptidases，MMPs）参与正常细胞外基质的代谢过程，与包括肿瘤形成和发生在内的诸多生理学和病理学过程密切相关。根据基质特异性，MMPs可分为基质溶解素、胶原蛋白酶和白明胶酶。MMP2隶属白明胶酶，同时也被称为Ⅳ型胶原蛋白酶，其在多种肿瘤细胞中均被检测到处于高表达状态。Shuman Moss等[25]研究发现，MMP2可溶解细胞质基质与基膜，降低囊括基膜在内的细胞外基质和其他细胞与血管细胞黏附分子、纤连蛋白等的交联作用，从而促进新生血管的形成，进而为肿瘤细胞的生长、转移和侵袭提供条件，这说明MMP2在肿瘤的发生、转移和侵袭中发挥着重要作用。且已有多项研究证实，MMP2与sMICA的形成直接相关。Yang等[26]的研究也指出，在肾细胞癌组织中，抗MMP2的shRNA（MMP2的一种特异性RNAi）的表达可使MMP2基因沉默，进而减少sMICA的释放；而MMP2的过表达则能增加sMICA的释放。提示，MMP2与MICA的脱落有关，MMP2的作用使得肿瘤细胞能够逃脱NKG2D-MICA介导的免疫系统攻击，从而使肿瘤细胞得以增殖、转移与侵袭。因此，MMP2可作为肿瘤免疫治疗的新靶点，即通过抑制MMP2的表达或降低其活性来抑制MICA的脱落，从而增强NK细胞介导的对肿瘤细胞的免疫杀伤力。

3.4 解聚素-金属蛋白酶

解聚素-金属蛋白酶(a disintegrin and metalloprotease，ADAMs）是一种锌依赖性的膜锚定金属蛋白酶，隶属于肽酶大家族，有包括金属蛋白水解酶区、去整合蛋白区等在内的多个潜在活性功能区（Black等, Nature, 1997年）。活化的ADAMs可切除跨膜蛋白胞外域部分，其中ADAM10和ADAM17在ADAMs中表现最为突出，它们的金属蛋白酶区域有蛋白酶催化作用（Cerretti等, Cytokine, 1999年）。Waldhauer的研究团队发现，ADAM10与ADAM17作为一种关键的蛋白水解酶能与肿瘤细胞膜表面的MICA作用，促使sMICA的产生，从而间接促进肿瘤生长[27]。而使用ADAMs抑制剂，则可抑制MICA的脱落，从而增加肿瘤细胞膜表面MICA的含量，提高MICA受体介导的免疫活性[28]。故而，通过生物技术手段封闭ADAM10和ADAM17的表达，以抑制肿瘤生长和免疫逃逸，可成为肿瘤免疫治疗研究的新方向。

3.4.1 ADAM10 ADAM10蛋白是由人ADAM10基因编码的一种跨膜蛋白，高表达于某些恶性肿瘤细胞膜表面，参与细胞融合、基质黏连和基底膜降解等过程，并与胞外域蛋白的脱落有关，从而促进肿瘤转移[29]。Waldhauer等[27]构建了293T-MICA与HeLa这两种高表达MICA的细胞株，再通过基因敲除技术封闭ADAM10的表达，结果发现这两种细胞株中sMICA的表达得到明显抑制，从而证明ADAM10参与了这两种细胞株膜表面MICA的脱落。刘丹等[30]在研究中也发现癌细胞膜表面MICA的表达随着ADAM10表达的增高而降低，进一步说明ADAM10的高表达促进了癌细胞表面MICA

表达的减少。多柔比星等抗癌药物正是通过降低肿瘤细胞中ADAM10的表达来抑制其表面MICA的脱落，从而增强NK细胞介导的免疫系统活性，达到有效杀瘤的目的。因而，鉴于ADAM10特殊的生物学效应，可将其作为抗癌药物的新靶点，通过抑制其活性来增强NKG2D-MICA介导的杀瘤效果。

3.4.2 ADAM17 ADAM17又被称为肿瘤坏死因子-α转 化 酶（tumor necrosis factor- α-converting enzyme，TACE ），是一种相对分子质量为70 000的跨膜金属蛋白酶，与ADAM10有高度同源性[31]。ADAM17具有多重功能，参与多种细胞周期相关蛋白的调节，并与肿瘤的转移、侵袭以及肿瘤新生血管生成有关[32]。研究显示，ADAM17抑制剂可阻止MICA的表达；且通过基因工程技术，致使一株高表达MICA的293T细胞中ADAM17基因沉默，结果细胞表面MICA的脱落得到抑制[27]。因此，可设计ADAM17靶向抑制剂类抗肿瘤药物，通过抑制sMICA的产生而达到肿瘤治疗目的。

4 结语

MICA是高表达于上皮源性肿瘤细胞膜表面的一种应激蛋白，在不发生MICA脱落的情况下，NKG2D与MICA相互作用而激活的免疫反应，可募集NK细胞及效应T细胞，对呈MICA阳性的肿瘤细胞进行有效的免疫杀伤。然而，一旦MICA发生脱落，形成sMICA，就会造成免疫细胞如NK细胞无法与其主要功能性配体MICA结合，从而导致免疫系统不能有效识别肿瘤细胞，进而造成肿瘤免疫逃逸现象，故MICA从肿瘤细胞表面的脱落已被公认是肿瘤细胞逃脱NKG2D介导的免疫监视效应的一个主要机制。因而，对MICA蛋白从细胞膜表面脱落的机制进行更为深入的研究便显得尤为重要。且鉴于GRP78、ERp5、MMP2、ADAM10和ADAM17是诱导MICA脱落的重要蛋白或蛋白酶，可以有针对性地设计靶向这些蛋白的抗体或抑制剂来逆转肿瘤细胞的免疫逃逸现象，从而开创肿瘤免疫治疗的新途径。

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MICA Shedding and Tumor Immune Escape: the Novel Target and Novel Strategy for Tumor Immunotherapy

ZHAO Xin, ACHEAMPONG D. O., ZHANG Juan, WANG Min
( State Key Laboratory of Natural Medicines, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)

MHC class I chain-related molecule A(MICA) is one of the major activating ligands of NKG2D(natural killer group 2, member D) receptor on natural killer (NK) cells and T cells., which is overexpressed on the surface of tumor cells of epithelial origin. The cytotoxic effect of the effector cells on tumor cells could be mediated by the interaction of MICA with NKG2D. However, clinical researches have suggested that MICA will shed foming soluble MICA (sMICA) during the process of tumor proliferation, which is recognized as the major reason for tumor to escape NKG2D-mediated immunosurveillance. The expressions and functions of MICA and NKG2D, the association of the formation of sMICA with tumor immune escape and the mechanism of MICA shedding in tumor cells were reviewed, discussing the novel target and novel strategy for tumor immunotherapy .

MICA; NKG2D receptor; MICA shedding; tumor cell; NK cell; immune escape; drug target

R730.51

A

1001-5094（2014）12-0905-05

接受日期：2014-11-09

项目资助：国家自然科学基金(No.81473125)

*通讯作者：张娟，副教授；

研究方向：抗体药物的开发与应用；

Tel：025-83271483；E-mail：juancpu@126.com

**通讯作者：王旻，教授；

研究方向： 抗肿瘤抗体的研发；

Tel：025-83271395；E-mail：minwang@cpu.edu.cn