Cancer Cell：临床前研究显示阻断TIM-3是潜在的DIPG脑瘤免疫治疗方法

弥漫型内因性脑桥胶质瘤（DIPG）是一种侵袭性脑干肿瘤，主要发生在儿童时期的脑桥，呈现弥漫性浸润性生长、恶化进展快，预后效果不佳，超过90%的患者在诊断后的两年内死亡，这些使得DIPG成为最具破坏性和最具挑战性的儿童癌症之一。

目前为止，DIPG的标准疗法仍然是放射治疗，它能帮助患者暂时减轻症状，但不能治愈，近年来，随着实体瘤的治疗方法不断发展，免疫检查点抑制剂（ICIs）被用于评估DIPG患者，但均无疗效，这可能是因为DIPG肿瘤微环境（TME）几乎没有T细胞浸润，主要由小胶质细胞和巨噬细胞组成。不过这种单一的TME为评估非经典免疫检查点分子提供了机会，如TIM-3（T cell immunoglobulinmucin-3）。

TIM-3最初在Th1细胞上被发现，随后，TIM-3在NK细胞、单核细胞、树突状细胞（DC）和小胶质细胞上均发现有表达，它能有效调节适应性免疫和先天免疫。TIM-3的缺失抑制了树突状细胞表达调节程序，促进了效应CD8+ T细胞和干细胞的维持，从而促进了抗肿瘤免疫。在单核细胞和巨噬细胞中，TIM-3在先天免疫反应中作为负调控因子，在小胶质细胞中，TIM-3信号通路的激活促进了炎症因子的产生。近年来，科学家们还发现TIM-3在肿瘤细胞中的表达与不同癌症的增殖和转移能力有关。

近日，来自西班牙纳瓦拉大学的 Marta M. Alonso 教授团队在 Cancer Cell 上发表了题为 TIM-3 blockade in diffuse intrinsic pontine glioma models promotes tumor regression and antitumor immune memory 的文章，揭示了TIM-3作为DIPG的真正靶点，并支持其临床转化。

研究人员通过对比DIPG患者样本和其他脑瘤样本，发现93.5%的DIPG患者高表达TIM-3，同时对DIPG 样本（n=66）进行单细胞测序，发现TIM-3在星形胶质细胞（AC）、少突胶质细胞（OC）和少突胶质细胞前体细胞（OPC）中均表达。这些数据表明TIM-3的表达可能在DIPG肿瘤细胞的存活和肿瘤发生中发挥重要作用，为了更深入了解其在DIPG肿瘤的表达，他们还研究了不同的细胞区室，发现TIM-3高表达于免疫区室，TIM-3的表达主要局限于小胶质细胞和巨噬细胞。

图1 DIPG患者中高表达TIM-3

图2 TIM-3在DIPG患者样本各细胞类群的表达

接下来，研究人员想知道TIM-3在肿瘤细胞中的重要性，他们在人和鼠的DIPG 细胞系做了TIM-3敲除，发现TIM-3 KO降低了菌落形成能力、代谢活性、细胞迁移能力，说明TIM-3表达在DIPG肿瘤增殖和生存中十分重要。为了阐明TIM-3表达在体内的致瘤性，我们将TIM-3KO细胞系植入免疫活性小鼠的脑桥中，所有携带亲代细胞（对照指南）的小鼠都发生了肿瘤，中位生存天数仅为16天，而TIM-3 KO组（G2C9）长达35天，且其在体内的生长速度也较为缓慢。转录组学分析显示与TIM-3+肿瘤细胞相比，PI3K-AKT和MAPK通路在TIM-3KO肿瘤细胞中显著富集。对抗TIM-3单克隆抗体的评估也显示其能有效延长DIPG小鼠的寿命。

图3 抗TIM-3单克隆抗体的生存表现

紧接着，研究人员又评估了TIM-3阻断在免疫活性环境下的治疗有效性，DIPG患者的血脑屏障是完整的，为了最大限度提高治疗效果，评估了两种给药途径：全身给药和混合途径（首次瘤内给药，二次全身给药），发现两种治疗方案都能产生显著的治疗效果，但混合给药效果更强，后续将执行混合给药计划。虽然所有老鼠不能排斥DIPG肿瘤细胞，但在抗TIM-3治疗组中，但大部分抗TIM-3处理的小鼠产生了免疫记忆，可长期存活。同时研究人员排除了其他经典ICIs（如PD-1）对DIPG有效的可能性，稳固了靶向TIM-3的价值和这种免疫检查点分子在DIPG环境中的独特性。

图4  不同给药方式治疗效果对比

为了更好地了解TIM-3阻断在DIPG中的抗肿瘤作用，研究人员描述了这种作用的小鼠体内机制，第一次给药后3、7或14天收集肿瘤组织，发现在第7天，抗tim-3处理的小鼠显示小胶质细胞数量增加了3倍，NK细胞、树突状细胞的百分比和增殖状态也增加，巨噬细胞的数量没有变化。在治疗后的第14天，抗TIM-3治疗导致TME中T细胞数量的增加，并激活肿瘤特异性T细胞，以维持促炎和细胞毒性表型，这对TME的抗肿瘤疗效至关重要。

图5 抗TIM-3治疗对各免疫细胞类群数量的影响

考虑到TIM-3阻断后T细胞、NK细胞和小胶质细胞的水平显著升高，研究人员决定清除这些细胞来分析它们对治疗效果的贡献，发现T细胞（主要是CD8+）是在疗效中作用最显著的群体，TIM-3阻断使TME通过促炎巨噬细胞和小胶质细胞的促炎巨噬细胞向促炎表型介导，从而触发几种促炎趋化因子和细胞因子，进而增强T细胞的抗肿瘤反应。重要的是，这些数据也表明了主要是多种免疫细胞群协调行动的重要性。

由于免疫疗法对脑瘤疗效的一个主要障碍是肿瘤引流淋巴结（TDLNs）中缺乏抗原呈递，以及与T细胞归巢等相关问题，研究人员尝试评估TIM-3是否可以挽救这种情况。发现抗TIM-3治疗可使得淋巴结中的DC有效进行抗原呈递，T细胞活化和增殖。

图6 抗TIM-3治疗对淋巴引流结的影响

综上所述，研究团队证明DIPG肿瘤细胞和免疫微环境具有TIM-3高表达，而阻断TIM-3触发了一个强大的免疫反应，通过转换DIPG肿瘤微环境的促炎表型激活CD8+ T细胞，促进抗胶质瘤反应和持久的免疫记忆。