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【Gene of the Week】“不要吃我”信号CD47的好搭档Sirpα,了解一下?

信号CD47的好搭档Sirpα

 

想调整研究方向,获得学术研究突破口?想获得论文选题思路,提高发文命中率?你需要了解学科发展态势和未来走向!赛业生物专栏《Gene of the Week》每周二会根据热点研究领域介绍一个基因,详细为您介绍基因基本信息、研究概况和应用背景等,助您保持学术研究敏锐度,提高科学研究效率,期待您的持续关注哦。今天我们要讲的主角是“不要吃我”信号CD47的好搭档Sirpα。

 

基因基本信息

Sirp基因敲除小鼠

备注:标有√的意为赛业红鼠资源库有该种保存状态的小鼠

 

Sirpα的表达与结构

信号调节蛋白α(signal regulatory protein α,Sirpα),也称为Src homology 2 domain-containing protein tyrosine phosphatase substrate-1 (SHPS-1),在髓系造血细胞(e.g. 巨噬细胞、树突状细胞)和神经细胞表面均有表达;而其配体CD47,也称整合素相关蛋白(integrin-associated protein,IAP),广泛表达于几乎所有正常细胞的表面。

 

Sirpα是一个跨膜蛋白(图1)。其胞外域中含有3个Ig样结构域(1个V样结构域和2个C1样结构域),胞内域的C端含有2个酪氨酸磷酸化位点。Sirpα的酪氨酸磷酸化位点能与蛋白质酪氨酸磷酸酶SHP-1和SHP-2结合,从而激活这些磷酸酶。Sirpα的配体CD47属于Ig超家族,具有1个V型Ig样胞外域,5个跨膜段和1个短的胞质尾。Sirpα的IgV样结构域能与CD47的IgV样结构域反式结合,并促进Sirpα胞内域中的酪氨酸磷酸化,同时,这种结合也能激活CD47的下游信号蛋白Cdc42,一个属于Rho-家族的GTP-结合蛋白。此外,CD47还能通过胞外域与整合素顺式结合,调节其功能。

图1. CD47-Sirpα信号通路

图1. CD47-Sirpα信号通路[1]

 

Sirpα-CD47信号通路

Sirpα主要表达在巨噬细胞表面,与其他细胞上的CD47结合后,可向巨噬细胞传递抑制性信号,抑制巨噬细胞对靶细胞的吞噬作用。因此,这条通路可用来识别己细胞(self)与非己细胞(non-self)。一些肿瘤细胞利用这个机制,高表达CD47来向巨噬细胞发出“别吃我(Don’t eat me)”信号,来进行免疫逃逸(图2)。

图2. 通过Sirpα-CD47信号通路来调节巨噬细胞的吞噬功能

图2. 通过Sirpα-CD47信号通路来调节巨噬细胞的吞噬功能[2]。

(A) 巨噬细胞上的Sirpα与肿瘤细胞上的CD47结合后,Sirpα通过酪氨酸磷酸化招募蛋白质酪氨酸磷酸酶SHP-1和SHP-2。这些磷酸酶可抑制前吞噬受体(prophagocytic receptors)触发吞噬作用的能力,但具体机制还不明确。

(B)当Sirpα-CD47信号通路被阻断时,前吞噬受体能诱导激活信号的产生,引起巨噬细胞对靶细胞的吞噬作用。

 

Sirpα和CD47免疫检查点抑制剂

作为一个热门的免疫抑制性信号通路,目前有多种靶向Sirpα和/或CD47免疫检查点的抗体设计策略(图3),包括全长抗体、F(ab)、与Fc融合的F(ab)等。其中,Fc的加入可以通过FcR介导的ADCC(antibody‐dependent cellular cytotoxicity) 和ADCP(antibody‐dependent cellular phagocytosis)效应增强抗体药物对肿瘤细胞的杀伤作用。此外,由于CD47分子也表达在红细胞表面,靶向CD47的抗体容易导致血液毒性。尽管与CD47相比,Sirpα不在血细胞上表达且表达范围较窄,但由于其在神经细胞上也有表达,靶向Sirpα抗体也可能导致神经毒性作用。

图3. Sirpα-CD47抑制剂

图3. Sirpα-CD47抑制剂[2]

 

Sirpa的物种特异性

一般来说,普通小鼠的Sirpα不能识别人源CD47(hCD47),因此在进行人源肿瘤细胞系异种移植(cell-derived xenograft,CDX)、人源肿瘤组织异种移植(patient-derived,PDX)时,人源细胞容易被小鼠巨噬细胞吞噬,移植效果差;而且在使用人外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC)和人造血干细胞(hematopoietic stem cell,HSC)在小鼠体内进行人免疫系统重建时,人源化效果也不好。但特别地,NOD背景小鼠的Sirpα(SirpαNOD)带有突变,可以与hCD47结合,并且它们间的亲和力甚至比hSirpα与hCD47间的亲和力强10倍[3]。因此,SirpαNOD可以有效抑制小鼠巨噬细胞对人源细胞的吞噬作用,拥有SirpαNOD的免疫缺陷小鼠对CDX和PDX高度兼容(例如BRGSF重度免疫缺陷小鼠)。

 

小结

Sirpα-CD47是一条重要的免疫抑制性信号通路。目前,多款靶向CD47的抗体已处于临床试验阶段,而靶向Sirpα的抗体信息则相对较少。其中,赛尔基因 (Celgene)公司的CC-95251正处于phase I阶段,用来研究其单独使用并与西妥昔单抗(anti-EFGR)或利妥昔单抗(anti-CD20)联合治疗晚期实体瘤和血液癌的效果,该临床试验的预计主要完成日期为2022年11月。此外,德国制药公司勃林格殷格翰(Boehringer Ingelheim)的BI 765063 (OSE-172)也处于phase I阶段,用来研究其单独使用并与BI 754091(anti-PD-1)联合治疗晚期实体瘤的效果。希望届时能有好消息。

 

赛业生物免疫缺陷小鼠助力肿瘤研究

赛业生物模式动物创新药物研发平台可以提供拥有SirpαNOD的免疫缺陷小鼠:

01

NOD scid

品系说明:

在非肥胖型糖尿病小鼠(NOD)背景品系的基础上引入PrkdcSCID突变。

先天性T和B淋巴细胞免疫缺陷。

NK细胞活性降低。

补体活性降低。

巨噬细胞对人源细胞吞噬作用弱。

树突状细胞功能下降。

 

表型信息及应用:

独有的多种免疫缺陷为人类造血细胞的重建提供了一个极好的系统,是HIV-1研究和基因治疗的重要模型。

肿瘤研究的重要工具,可增加肿瘤的发生率,尤其是淋巴瘤和胸腺瘤。

移植致死性胸腺淋巴瘤的情况下寿命短。

 

研究应用:

同种移植和异种移植,可用于评估肿瘤细胞增殖,侵袭和转移的潜力,以及抗癌疗法的功效。

肿瘤免疫学及炎症研究。

糖尿病和肥胖研究:I型糖尿病。

血液学研究(例如白血病)。

 

02

C-NKG

品系构建策略:

C-NKG 小鼠是赛业生物通过CRISPR/Cas9 技术在NOD/Shi-scid背景品系上敲除Il2rg基因自主研发的一款重度免疫缺陷小鼠。

 

品系说明:

缺乏成熟的T、B和NK细胞。

补体活性降低。

巨噬细胞对人源细胞吞噬作用弱。

树突状细胞功能下降。

无T、B细胞泄漏。

 

研究应用:

CDX和PDX。

细胞免疫疗法的有效性和安全性评估。

免疫系统人源化小鼠模型的制备(移植人PBMC或HSC进行人免疫系统重建)。

GvHD模型。

肿瘤免疫相关研究。

 

03

BRGSF

品系说明:

缺乏成熟的T、B、NK细胞,巨噬细胞吞噬功能受抑制、髓系细胞发育受损,是目前市面上免疫缺陷程度最高的小鼠之一。

Scid小鼠由于Prkdc基因的突变对射线敏感,而BRGSF小鼠在保证B细胞和T细胞失活的前提下(敲除Rag2基因),具有较高的辐照耐受性,适合评估体内辐射治疗的效果及人源化小鼠的构建。

NOD背景来源的Sirpα基因(SirpαNOD)取代了BALB/c背景来源的Sirpα基因,小鼠巨噬细胞对人源细胞的吞噬作用弱,对各种来源的CDX和PDX高度兼容。

Flk2的敲除使小鼠髓系细胞组分(特别是DC)大幅减少。

补体系统功能健全,是研究补体依赖的细胞毒性(CDC)的有力工具。

 

研究应用:

CDX和PDX建模。

髓系细胞发育研究。

疫苗研发。

☑ 细胞免疫疗法的有效性和安全性评估(例如CAR-T)。

抗体药物药效评价(例如在BRGSF小鼠上移植人PBMC或HSC,在人免疫系统重建后接种肿瘤,进行抗体药物相关研究)。

构建人免疫系统重建小鼠模型,例如人CD34+ HSC移植。

 

除了以上免疫缺陷小鼠外,赛业生物模式动物创新药物研发平台还可以根据您的需求提供各种有效的肿瘤研究模型,如传统免疫缺陷鼠BALB/c nude(裸鼠)、免疫检查点人源化小鼠、肿瘤细胞系移植模型、人源肿瘤组织异种移植模型(CDX)、基因修饰模型及表型分析服务等。我们可以构建各类皮下、原位或者转移瘤模型,并针对相应的模型提供高度定制化的体内药效学服务,以满足您的需求。如有需要,欢迎联系我们~

 

基因编辑大小鼠肿瘤模型

传统免疫缺陷小鼠(BALB/c nude、NOD scid)

重度免疫缺陷小鼠(BRGSF、C-NKG)

人免疫系统重建小鼠(BRGSF-HIS)

同源肿瘤移植模型(Syngenic)

人源肿瘤细胞系异种移植(CDX)模型

单免疫检查点人源化小鼠(hPD-1、hCTLA-4、 hGITR、 hVISTA......)

双免疫检查点人源化小鼠(hPD-1 & hVISTA、 hPD-1 & hCTLA-4、 hCTLA-4 & hLAG3)

 

参考文献:

[1] Murata Y., Kotani T., Ohnishi H., et al. . The CD47–Sirpα signalling system: its physiological roles and therapeutic application, The Journal of Biochemistry, 155(6):335-344 (2014).

[2] Veillette A, Chen J. Sirpα-CD47 Immune Checkpoint Blockade in Anticancer Therapy. Trends Immunol, 39(3):173-184 (2018).

[3]Lai, Shan, Kwong, et al. Signal-regulatory proteinαfrom the NOD mouse binds human CD47 with an exceptionally high affinity - implications for engraftment of human cells. Immunology, 2014.

 

关于赛业

赛业生物历经15年发展,已服务全球数万名科学家,产品和技术已直接应用于包括CNS(Cell,Nature, Science)三大期刊在内的4800余篇学术论文。除了提供基因敲除基因敲入条件性基因敲除模型定制服务外,赛业生物还有专业的手术疾病模型团队,可以提供多种复杂精细的小动物手术疾病模型;药物筛选评价小鼠平台可以提供从欧美行业领袖引进的免疫缺陷鼠、用于心血管及阿尔茨海默症等研究的人源化小鼠;国际标准化无菌鼠技术平台可以提供无菌鼠、无菌动物定制服务、微生物菌群移植服务等基于无菌动物模型的各类产品和服务,结合赛业生物成熟稳定的基因编辑小鼠平台,还可帮助您研究菌群与基因的互作机制。

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