CD38在临床肿瘤治疗中作用的研究进展

Abstract

Tumor is one of the ten leading causes of death in the world. Traditional tumor treatments include surgery, radiation therapy, and chemotherapy. With the development of immune checkpoint blockade therapy targeting the programmed death 1/programmed cell death 1 ligand 1 (PD-1/PD-L1) axis, the number of cancers in solid tumors has increased. Changes in the immunometabolic microenvironment have been shown to be important regulators of innate suppression of immune cell function and acquired resistance to immunotherapy. As a new target, CD38 is an enzyme that produces immunosuppressive metabolites (such as adenosine), which can be used in combination with immunotherapy to improve the clinical efficacy of tumor therapy, and can also be used as an indicator for understanding tumor immunotherapy response.

CD38是一种II型跨膜糖蛋白，由45 kD的单链组成，具有3个不同的结构域，即胞内(20个氨基酸)、跨膜(23个氨基酸)和胞外(257个氨基酸)结构^[1]。最初被认为是T淋巴细胞的活化标志^[2]，在多种免疫细胞的活化和增殖信号的转导中起重要作用^[3]。它在早期分化的CD34⁺干细胞中有表达，在成熟的免疫细胞[包括T细胞、B细胞、粒细胞和自然杀伤细胞(natural killer cell，NK)]中也有表达，但不存在于静止的免疫细胞中。然而，CD38的表达并不局限于免疫细胞(包括成熟细胞和前体细胞)，在固体组织，如脑、眼、前列腺、肠道、胰腺、肌肉、骨骼和肾脏中也有表达^[4]。CD38还在母胎界面表达，在调节细胞亚群的功能中发挥作用，这些细胞亚群保护(半)同种异体胎儿组织免受母体免疫系统的伤害^[5]。CD38的广泛表达可能与其保护作用有关，其作用机制包括：1)阻止线粒体改变；2)增强能量代谢；3)防止各种形式的细胞死亡，包括凋亡、坏死和自噬；4)抑制炎症；5)直接提高细胞和组织的抗氧化能力。

CD38主要与内皮细胞表达的表面分子CD31结合，在迁移、信号转导和受体介导的黏附调节中发挥作用^[6-7]。此外，CD38还作为具有二磷酸腺苷核糖(adenosine diphosphate ribose，ADPR)循环和水解酶活性的胞外酶，分别催化2种不同的钙信使——环状ADPR^[8-9]和烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine sinucleotide phosphate，NAADP)的代谢^[10]。在正常情况下，CD38在髓样细胞、淋巴细胞及一些非造血组织中的表达水平相对较低^[11]。相比之下，正常浆细胞和多发性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)细胞表达CD38的水平更高，这使得CD38成为MM的治疗性抗体的一个新靶点^[12]。CD38抗体通过Fc依赖的免疫受体机制杀伤肿瘤细胞，包括补体依赖的细胞毒性(complement dependent cytotoxicity，CDC)、抗体依赖的细胞介导的细胞毒性(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC)、抗体依赖的细胞吞噬(antibody-dependent cellular phagocytosis，ADCP)和凋亡^[11-14]。后3种机制依赖于抗体的Fc区与免疫受体细胞上表达的Fc受体的相互作用^[11]。值得注意的是，由于CD38靶向抗体表位的不同，它们诱导CDC、ADCC、ADCP或凋亡的效率也不同^[15]。CD38抗体还可以通过消除调节性T细胞(regulatory T cells，Tregs)、调节性B细胞和髓系来源的抑制细胞来提高宿主的抗肿瘤免疫力^[11]。在实体肿瘤中，CD38起免疫抑制作用，表明在这些肿瘤中使用CD38抑制剂具有潜在作用；CD38也是通过改变组织内的新陈代谢来使免疫活动平衡转向异常和疾病进展的一个关键作用点。

1. CD38在实体瘤中的潜在临床应用价值

CD38可促进肿瘤生长增殖，是一种潜在的肿瘤标志物。髓源抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)是在晚期癌症患者中发现的一群免疫抑制的未成熟髓系细胞，通过免疫抑制、血管生成、肿瘤细胞存活和转移以及激活肿瘤微环境(tumor microenvironment，TME)中的成纤维细胞来支持多种类型的癌症进展。MDSCs根据其组织学特征分为多形核和单核细胞两类。多形核MDSCs(polymorphonuclear-MDSCs，PMN-MDSCs)与中性粒细胞相似，而单核MDSCs(monocytic-MDSCs，M-MDSCs)具有单核细胞的表型特征。在小鼠食管癌模型中，CD38对细胞成熟起停滞作用。与CD38^low MDSCs相比，CD38^high MDSCs具有更强的抑制活化T细胞的能力，并在更大程度上促进肿瘤生长。此外，在晚期食管癌患者外周血中检测到CD38 MDSCs^[16]，通过比较结直肠癌患者和健康献血者的血液样本，并分离外周血单个核细胞，结果发现结直肠癌患者外周血中M-MDSCs数量增加且CD38⁺ M-MDSCs呈免疫抑制状态，为抗CD38单克隆抗体靶向M-MDSCs提供了理论依据。

近些年，在抗细胞程序性死亡受体1/细胞程序性死亡-配体1(programmed death 1/programmed cell death 1 ligand 1，PD-1/PD-L1)治疗肿瘤和其他涉及检查点抑制的免疫治疗方面已取得相当可观的进展。肺癌是最常见的癌症类型，也是全世界癌症相关死亡的主要原因，非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)占所有新诊断肺癌病例的85%，但晚期NSCLC患者的中位生存期仅为一年，免疫疗法[如细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4)和PD-1通路的药物]为这些患者提供了一种新的治疗方式。然而，这些方法的有效性受到治疗后高耐药性的阻碍，这可能是由于NSCLC肿瘤细胞中CD38表达上调所致^[17]。研究^[18]发现：在接受抗PD-L1或抗PD-1治疗的Lewis肺癌小鼠模型中，治疗前4周肿瘤生长受到抑制。然而到第5周时，出现完全耐药，此时治疗组与对照组相比，在肿瘤生长方面没有明显差异。遗传和蛋白质水解分析发现CD38是在抗PD-L1治疗后的唯一明显上调的基因或蛋白质。定量聚合酶链反应和荧光激活细胞分类进一步证实产生耐药性的肿瘤细胞高表达CD38。干扰素和全反式维甲酸是NSCLC细胞中CD38上调的重要介质，可使肿瘤在一段时间内获得对抗PD-L1和抗PD-1治疗的耐药性。CD38对免疫治疗的抵抗表明未来需要进一步探究联合抗CD38治疗和现有的抗PD-1/PD-L1治疗的效果。

1.1. CD38是PD-1/PD-L1耐药的标志物

CD38能够将局部肿瘤代谢微环境从促炎状态转变为抗炎状态，提示CD38是免疫治疗药物潜在耐药机制的关键点。CD38也可以作为标志物用来评估PD-L1治疗后的非小细胞中免疫活化的状态。PD-1靶向治疗后，虽然总的CD8⁺T细胞被激活，但EB病毒(Epstein-Barr virus，EBV)特异性的CD8⁺T细胞很少被激活，这表明应答细胞可能是肿瘤特异性的。然而，研究人员没有评估EBV抗原在NSCLC患者中的表达。在免疫治疗期间出现进展的患者中，70%的患者外周血PD-1⁺CD8⁺T细胞应答延迟或缺失，而80%的临床受益患者在治疗开始后4周内出现PD-1⁺CD8⁺T细胞应答。因此，CD38可作为NSCLC患者外周血应答细胞表型之一，并可以作为预测PD-1靶向治疗疗效的标志物^[17]。

在使用免疫检查点抑制剂PD-1/PD-L1治疗肿瘤时，免疫阻断治疗常产生耐药性。在免疫治疗过程中，TME中全反式维甲酸和干扰素β诱导的CD38 mRNA的表达是导致肿瘤耐药的原因。CD38通过腺苷受体信号通路抑制CD8⁺T细胞的功能，CD38和PD-L1协同抑制可增强抗肿瘤免疫应答。阻断CD38或腺苷受体阻断可能是克服免疫检查点治疗耐药性的有效方法^[18]。

1.2. CD38可作为PET示踪剂

除了免疫和生殖系统，CD38在其他器官中的表达非常有限，因此免疫和生殖系统成为其潜在的成像靶点。Daratumab生物结合物正在小鼠和MM患者中接受评估，可使用¹⁸F氟代脱氧葡萄糖(¹⁸F fluoro-deoxyglucose，¹⁸F-FDG)、[⁸⁹Zr]Zr-DFO-和Cy5-Daratumab用于图像引导的治疗性放射性核素输送^[19-21]。近年来，Daratumab生物结合物作为分子显像剂，在肺癌PET/CT显像评价中得到应用，研究人员^[22]将⁸⁹Zr与去铁胺(deferoxamine，DF)偶联制备Daratumab，用于放射性标记，并研制了一种基于Daratumab的PET示踪剂，用于追踪CD38的表达，直接显示CD38的生物分布。结果表明：CD38在3种NSCLC细胞系(A549、H460和H358)中均有表达，并通过小鼠异种移植NSCLC模型验证了其特异性。有趣的是，目前CD38在肿瘤中的表达提示患者预后不佳；未来CD38可能作为一种新的PET/CT示踪剂，从分子角度判断患者是否对肿瘤免疫治疗有抵抗。

1.3. 调节TME

TME是指癌细胞、免疫细胞、非免疫细胞和其他非细胞成分共同组成的协调网络，肿瘤可以通过释放细胞信号分子影响微环境，促进肿瘤的血管生成和诱导免疫耐受，而微环境中的免疫细胞也可影响癌细胞的生长和发育^[23]，其具体生物学行为表现为缺氧、血管生成、自噬、细胞凋亡抵抗及代谢重编程等。

TME中腺苷浓度的增加导致表达腺苷受体的免疫细胞(T细胞、NK细胞、树突状细胞、中性粒细胞、巨噬细胞)中腺苷酸环化酶或细胞内环磷酸腺苷的增加或减少，从而干扰免疫激活，导致肿瘤进展^[24-25]。腺苷在TME内的积累同样可导致免疫抑制，CD38通过腺苷酸受体信号途径抑制CD8⁺T细胞的功能，靶向抑制CD38酶活性可在一定程度上逆转肿瘤细胞的免疫抑制。此外，靶向抑制CD38将导致烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD⁺)的积累。TME的另一个特征是由于供血不足和耗氧量增加而出现缺氧。NAD⁺由缺氧TME中的补救途径产生，可被表达CD38的细胞进一步转化为腺苷，从而募集MDSC、Tregs、肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophage，TAM)，进一步抑制免疫反应。除了代谢物腺苷可诱导免疫抑制外，CD38产物NAD⁺还通过Ca²⁺信号转导参与血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)介导的血管生成。CD38可促使VEGF与VEGF受体(VEGF receptor，VEGFR)1和VEGFR2相互作用，并在此过程中释放Ca^2+[26]。因此，在TME中过表达CD38的肿瘤细胞会诱导免疫抑制环境的产生，这不仅降低效应T细胞的功能，还促进血管生成，从而造成肿瘤细胞的免疫逃逸，促进肿瘤的进展。目前，通过抑制CD38对NAD⁺调节进行代谢重编程已被倡导作为提高免疫疗法疗效的新策略之一，其在调节TME的代谢和免疫调节中发挥重要作用^[27]。

2. 临床靶向CD38的单克隆抗体

抗CD38单克隆抗体是由Stevenson等^[28]于1991年首次以小鼠细胞系为模型合成的由OKT10抗体制备的CD38抗原嵌合抗体小鼠Fab-Human Fc。与亲本抗体相比，即使在低浓度下，嵌合分子在体外也能非常有效地介导ADCC。重要的是，尽管CD38存在于NK细胞上，但抗体似乎对效应细胞的功能没有有害影响。在正常骨髓中，抗体也不影响粒细胞/巨噬细胞或红系细胞的生长。因为在骨髓瘤患者的血清中没有发现CD38分子，所以CD38在体外似乎没有调节作用。1995年，Ellis等^[29]报道了一种新型的抗CD38的高亲和力mAb(at13/5)，它有2种形式――CDR嫁接的人源IgG1和嵌合的FabFc2，它们都能有效地诱导抗体依赖的细胞对CD38⁺细胞的杀伤作用，而补体的激活程度很低。这些构建体都没有引起CD38的下调，也没有对CD38的NADase活性产生影响，显示出其有治疗涉及CD38⁺细胞疾病的前景。

2011年de Weers等^[30]首次描述了Daratumumab，这是一种新型的人源IgG1 kappa高亲和力治疗性 单抗――抗CD38单克隆抗体，是通过重组CD38蛋白和CD38转染的NIH 3T3细胞免疫人Ig转基因小鼠而产生的。Daratumumab因具有强大的诱导CDC的能力，而从其他CD38单克隆抗体中脱颖而出，其机制是能有效地杀伤表达CD38的肿瘤细胞。这对Daratumumab单抗治疗CD38⁺肿瘤的临床开发具有一定的指导意义。Daratumumab通过ADCC和CDC介导细胞，其敏感性的决定因素是CD38的表达水平。重要的是，全反式维甲酸增加了CD38的表达，显著增强了Daratumumab的活性，降低了补体抑制蛋白CD55和CD59的表达。除ADCC和CDC外，Daratumumab还可诱导巨噬细胞介导的MM细胞的吞噬功能，并表达CD38，这有助于提高其抗肿瘤活性。2015年11月，美国食品和药物管理局(FDA)批准将Daratumumab用于治疗MM。欧盟委员会于2016年5月20日授予Daratumumab上市。

2014年，Deckert等^[31]首次证明了一种新的人源CD38靶向抗体SAR650984(Isatuximab)具有潜在的抗肿瘤活性，并在淋巴瘤、白血病和MM细胞系及原发性MM样本和免疫缺陷小鼠MM异种移植模型中使用SAR650984进行实验，结果显示该抗体不仅能诱导CDC和ADCC，而且能诱导抗骨髓瘤和淋巴瘤细胞株的ADCP作用。此外，SAR650984可在不添加外部交联剂的情况下诱导细胞凋亡，并抑制CD38的ADP-核糖环化酶活性，这可能是通过变构拮抗作用实现的。该研究证实SAR650984作为一种独特的CD38型治疗靶抗体在CD38型B细胞恶性肿瘤患者中具有良好的治疗作用。该研究还证实SAR650984是第一个通过多种作用机制介导对MM细胞的直接细胞毒作用的治疗性单克隆抗体，并可通过溶酶体相关途径和凋亡途径直接诱导MM细胞死亡。

另一种全人源抗CD38抗体MOR202通过ADCP调节抗体所介导的效应^[32]，ADCP是单克隆抗体发挥治疗效果的关键介质。在IMID联合试验^[32]中补充维生素D可以进一步提高MOR202的疗效。毫无疑问，CD38单克隆抗体在MM的治疗中起举足轻重的作用，但耐药机制和化疗药物的联合作用还有待进一步探讨。

3. CD38在实体瘤临床治疗中面临的问题

阻断实体肿瘤中CD38的表达可以减少抗炎信号的产生，从而重新激活抗肿瘤T细胞反应。尽管有前期实验室研究和临床前数据^[33]的支持，但一项将Daratumumab与PD-L1阻断抗体atezolizumab联合治疗晚期或转移性NSCLC的Ib/II期临床试验^[33]被终止，原因是与单独使用atezolizumab相比，临床疗效没有改善。造成这一结果的原因未知，人们需要等待试验的正式报告和生物标志物分析。因此，当在临床考虑单独使用靶向CD38的药物或与抗PD-1/PD-L1抗体联合使用时，仍存在许多未知因素，有待更多、更广泛的研究。

3.1. 促癌和拮抗性

CD38在人体免疫细胞中几乎无处不在，包括T细胞和NK细胞。CD38与T细胞受体(T cell receptor，TCR)信号起协同作用^[29]，但需要对CD38在肿瘤浸润性TCR信号或细胞毒功能中的表达和活性进行更深入的研究，以确定通过药物抑制或干扰CD38是否会影响T细胞的激活和细胞毒作用。此外，CD38通过上调干扰素-γ和释放肿瘤坏死因子-α促进脱颗粒，在激活的NK细胞中发挥细胞毒触发分子的作用。研究^[30]表明：NK细胞通过诱导ADCC和ADCP在Daratumumab的疗效中起至关重要的作用。然而，一项后续研究^[33]强调，在Daratumumab治疗过程中NK细胞的耗尽与患者的反应无关，因此有必要进行更多的研究，以确定是否真的需要CD38⁺ NK细胞来消除肿瘤。除了T细胞和NK细胞外，CD38还在树突状细胞上表达，诱导Th1反应^[35]，从而影响免疫微环境，达到潜在的抗肿瘤作用，而使用CD38靶向抑制剂可能会抑制这种现象，并使治疗效果难以预测。这些数据表明，需要更多的研究来确定抗CD38药物潜在的靶向和肿瘤外效应，并进一步确定这些效应是否能有效清除肿瘤细胞。

3.2. 免疫靶向

除了CD38在免疫细胞亚群上表达的复杂性外，目前还没有足够的证据明确指出CD38的哪一种功能可以有效地杀伤肿瘤细胞，如是否需要同时抑制酶和受体功能。来自T细胞的证据表明CD38的CDC和ADCC两个功能实际上是相互独立的，CD38在实体肿瘤中的作用可能会因环境或表达该分子的细胞群体的不同而异。来自MD Anderson肿瘤中心实验室^[36]的数据表明：CD38作为酶在肿瘤细胞中发挥功能与免疫抑制微环境是不可分割的，其在TME中通过腺苷和腺苷受体途径激活浸润的T细胞。然而，在该模型中，CD38的受体功能没有得到充分探索，肿瘤内免疫细胞亚群上CD38的表达也没有得到进一步探究。

3.3. 选择性靶向治疗

由于CD38具有作为受体功能的细胞表面蛋白和胞外酶的多功能特性，许多靶向策略已经在研究，如FDA批准的Daratumumab和具有部分阻断酶活性的抗体isatuximab^[37]。此外，还开发了具有不同作用机制的小分子抑制剂，其中一种是78c^[38]，它是从高通量筛查中发现的，被证明是一种“NAD助推剂”，与以前的分子相比具有更高的肝、肾清除率。为了改善对正常表达CD38的细胞的有害靶向效应，已经研发了独特的工具，如CD38-Attenukine和CD38 CAR-T细胞^[39-40]，可选择性杀伤异常表达CD38的细胞，其中CD38-Attenukine分子将抗CD38抗体与突变型干扰素-α融合，以降低干扰素-α对其受体的效应^[39]，并且选择性杀伤CD38⁺细胞。这一创新型的治疗方式在多种骨髓瘤模型中显示出明显的疗效，也可能为依赖正常CD38表达的免疫细胞清除肿瘤细胞的实体瘤的治疗提供机会。同样，CD38 CAR T细胞已被开发用于靶向CD38⁺ MM细胞，但其靶外/肿瘤外效应限制了其疗效^[40]，仍需要提高低效价CD38 CAR T细胞的肿瘤特异性效应。综上所述，现有的CD38靶向的药物在骨髓瘤和其他CD38⁺恶性肿瘤中的有效性需要在实体肿瘤中进行广泛研究，以确定哪些给药模式可以为实体肿瘤提供最好的抗肿瘤效应。

3.4. 补偿机制

由于CD38代谢物的生成是CD38促进免疫抑制的主要途径之一，因此需要更多的证据来确定单独靶向CD38是否能有效地抑制微环境中的腺苷^[18]。目前，大多数研究^{[18, 29, 41]}都集中在单个胞外酶或单个腺苷生成途径上，很少考虑这些途径之间的相互联系，也很少考虑当一个途径被阻断时，是否存在上调另一条途径的代偿机制。因此，目前还不清楚是否需要将CD38与另一个通路成员(如CD39，或者下游的腺苷受体A2A或A2B)共同靶向^[42]，以实现肿瘤内腺苷含量的有效下调，进而重新激活免疫功能。

3.5. 时效性

为了有效消除肿瘤，联合治疗时机的选择也是另一个需要考虑的问题。研究^[18]表明：在黑色素瘤模型中，在适当启动T细胞之前给予抗PD-L1治疗会通过上调PD1⁺CD38^high T细胞而导致免疫治疗抵抗。这可以通过接种疫苗进行预处理来克服，以便完全激活肿瘤内的CD8⁺ T细胞，从而尽量造成T细胞耗尽的局面，即使面对抗PD-1治疗，剩余的T细胞也不能够恢复它们的细胞毒性。因此同时使用疫苗+PD-1靶向治疗可能是一种更有效的治疗方式^[37]。然而，这项研究没有与阻断CD38的抗体联合使用，是否能有效防止免疫抑制仍未知。Daratumumab治疗骨髓瘤获得了免疫抑制的结果，既消耗了CD38⁺ Tregs又消耗了MDSCs^[36]。研究^[18]发现同时抗PD-L1和抗CD38治疗可有效阻止肺癌的生长。研究人员还使用了交错治疗方式，即首先使用抗PD-L1抗体治疗肿瘤，直到产生抵抗，再用抗CD38治疗，结果显示该方案有效。由于单剂CD38阻断对肿瘤生长的影响微乎其微，无论是先治疗还是联合治疗，抗PD-L1的治疗均是获得最佳免疫反应所必需的。

因此，需要进一步研究CD38在肿瘤细胞和免疫细胞上的复杂性，以及其他具有类似功能的胞外酶的表达和活性，以便更好地理解CD38在实体瘤中的作用^[42-46]，为将来在临床上有效实施联合治疗提供坚实的基础。

4. 展 望

CD38是一种胞外酶，具有多种功能。其既是一种酶蛋白，也是一种表达于细胞表面的受体，在T细胞、NK细胞和树突状细胞等多种免疫细胞中普遍表达，其表达水平因分化和激活状态的不同而异。近些年，CD38在TME中的表达，特别是在实体肿瘤中的表达，引发了广泛的讨论和探究^[41]。例如，CD38能够将局部肿瘤代谢微环境从促炎状态转变为抗炎状态^[47]，这表明CD38是目前批准的免疫治疗药物(如PD-L1阻断抗体)的潜在耐药靶点^[48]。但其在临床靶向治疗肿瘤中的应用仍未得到透彻的研究，例如哪些肿瘤浸润性免疫细胞表达和利用CD38，CD38上调的免疫细胞和肿瘤细胞下游会产生哪些效应^[49]，以及如何使用针对CD38的组合抑制剂来提高疗效。未来，CD38作为潜在的治疗靶点，需进行更广泛、更深入的研究。我们对CD38了解得越多，就越能精确地抑制它的活性，重新激活免疫反应，更有效地消除肿瘤。

基金资助

湖南省自然科学基金(2020JJ5898，2021JJ30915)。

This work was supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province, China (2020JJ5898, 2021JJ30915).

利益冲突声明

作者声称无任何利益冲突。

作者贡献

贺正希 文献收集及文章撰写；刘惺 文章修改；周艳宏 文章校对。所有作者已阅读并同意最终的文本。

原文网址

http://xbyxb.csu.edu.cn/xbwk/fileup/PDF/202207952.pdf