Apigenin is a direct small-molecule inhibitor of LAG-3 that synergizes with PD-L1 blockade for cancer immunotherapy

Het menselijke immuunsysteem is een geavanceerde defensiemacht die constant het lichaam patrouilleert om indringers zoals virussen en kankercellen te identificeren en te vernietigen. Om te voorkomen dat dit krachtige leger per ongeluk gezond weefsel aanvalt, gebruikt het lichaam een reeks "remmen" die bekendstaan als checkpoints. Dit zijn speciale eiwitten op het oppervlak van immuuncellen die fungeren als stopborden, die de cellen vertellen om af te remmen of te stoppen wanneer ze bepaalde signalen tegenkomen. Kankercellen zijn slim; ze leren vaak deze remmen zelf in te drukken, waardoor ze het immuunsysteem effectief misleiden om hen te negeren. In de afgelopen jaren hebben artsen krachtige medicijnen ontwikkeld, voornamelijk in de vorm van antilichamen, die deze remmen loslaten. Door de signalen die immuuncellen vertellen om te stoppen te blokkeren, laten deze medicijnen de natuurlijke afweer van het lichaam toe om tumoren aan te vallen. Deze aanpak heeft de behandeling van veel vormen van kanker getransformeerd, maar het werkt niet voor iedereen, en de medicijnen kunnen duur zijn en moeilijk toe te dienen. Wetenschappers zoeken nu naar nieuwe manieren om deze remmen los te laten, in de hoop eenvoudigere, meer toegankelijke hulpmiddelen te vinden die kunnen samenwerken met de bestaande behandelingen om meer patiënten te helpen.

Een team van onderzoekers heeft een veelbelovende nieuwe kandidaat geïdentificeerd voor deze taak: apigenine, een natuurlijk verbinding die veel voorkomt in veel gangbare vruchten en groenten zoals peterselie, selderij en sinaasappels. Hoewel apigenine al lang bekend staat om zijn potentieel voor de gezondheid, onthult deze studie een specifieke, directe methode waarop het werkt. De onderzoekers ontdekten dat apigenine werkt als een klein molecuul dat fysiek bindt aan een van de belangrijkste remmen van het immuunsysteem, een eiwit genaamd LAG-3. Door zich direct aan dit eiwit te hechten, voorkomt apigenine dat het het "stop"-signaal ontvangt, waardoor de rem effectief wordt losgelaten en de immuuncellen actief kunnen blijven. Deze bevinding is significant omdat het blokkeren van LAG-3 tot nu toe alleen mogelijk was met grote, complexe antilichaammedicijnen. De ontdekking dat een klein, natuurlijk voorkomend molecuul hetzelfde werk kan doen, opent een nieuwe deur voor kankertherapie, wat suggereert dat orale medicijnen uiteindelijk gecombineerd kunnen worden met bestaande antilichaambehandelingen om een krachtiger verdediging tegen tumoren te creëren.

De reis naar deze ontdekking begon met een systematische zoektocht door een bibliotheek van zesendertig verschillende flavonoïden, een klasse van plantaardige verbindingen waartoe apigenine behoort. De onderzoekers testten elk van hen om te zien of ze de verbinding tussen het LAG-3-eiwit en zijn partner, een molecuul genaamd MHCII, konden verstoren. Deze verbinding is de specifieke handdruk die ervoor zorgt dat de immuunrem wordt ingeschakeld. Met behulp van een gevoelige laboratoriumtest vonden zij dat negen van de verbindingen deze interactie konden verstoren, maar apigenine viel op als een bijzonder effectieve verstoorder. Het team bracht vervolgens de precieze vorm in kaart van hoe apigenine op het LAG-3-eiwit past. Ze ontdekten dat het in een specifieke holte op het oppervlak van het eiwit terechtkomt, een plek die verschillend is van waar andere bekende medicijnen binden. Deze specifieke pasvorm verklaart waarom apigenine LAG-3 aanvalt zonder de andere immuunroutes te verstoren, zoals de route die betrokken is bij het PD-L1-eiwit, dat al het doelwit is van veel succesvolle kankermedicijnen.

Om er zeker van te zijn dat apigenine daadwerkelijk aan het eiwit bond en niet alleen algemene stress in de cellen veroorzaakte, gebruikten de onderzoekers een techniek genaamd fotoaffiniteitslabeling. Ze creëerden een aangepaste versie van het apigeninemolecuul die permanent aan alles kon blijven plakken waarmee het in contact kwam wanneer het werd blootgesteld aan licht. Wanneer ze dit aangepaste molecuul aan immuuncellen toevoegden en licht op de cellen scheen, waren ze in staat de eiwitten eruit te halen die gegrepen waren. De resultaten toonden aan dat LAG-3 het primaire doelwit was, wat bevestigt dat apigenine direct de immuunrem binnen levende cellen aanvalt. De onderzoekers liepen echter ook tegen een praktische hindernis aan: apigenine lost niet goed op in water, wat kan leiden tot misleidende resultaten in experimenten waarbij de verbinding samenklontert en cellen bij hoge doses schade toebrengt. Om dit op te lossen, ontwikkelden ze een speciale formulering die het apigenine opgelost en stabiel houdt. Deze formulering stelde hen in staat om de verbinding te testen bij concentraties die veilig waren voor de cellen, waardoor hun werkelijke vermogen om het immuunsysteem te activeren zonder toxiciteit werd onthuld.

De kracht van deze nieuwe aanpak werd getest door de geformuleerde apigenine te combineren met een bestaand antilichaammiddel genaamd durvalumab, dat de PD-L1-route blokkeert. In laboratoriumtests met menselijke immuuncellen werkte de combinatie van de twee behandelingen beter dan elk van de twee alleen. De onderzoekers observeerden dat de immuuncellen actiever werden en hogere niveaus vertoonden van markers die aangeven dat ze klaar zijn om te vechten. Toen ze deze experimenten verplaatsten naar levende muizen met mensachtige tumoren, waren de resultaten nog indrukwekkender. De muizen die behandeld werden met de combinatie van apigenine en durvalumab vertoonden een aanzienlijk tragere tumorgroei vergeleken met de muizen die behandeld werden met slechts één van de medicijnen of een placebo. De tumoren in de combinatiegroep waren kleiner en bevatten een veel hoger aantal actieve immuuncellen, specifiek de CD8+ T-cellen die verantwoordelijk zijn voor het doden van kanker. Deze cellen produceerden ook meer van de wapens, zoals granzyme B en perforine, die ze gebruiken om tumorcellen te vernietigen.

Gedurende de hele studie waren de onderzoekers zorgvuldig in het onderscheid tussen wat zij konden bewijzen en wat nog verkend moest worden. Ze toonden aan dat apigenine direct bindt aan LAG-3 en de functie ervan verstoort, een bevinding die wordt ondersteund door meerdere onafhankelijke methoden, waaronder chemische bindingsproeven, computersimulaties en directe observatie in cellen. Ze toonden aan dat dit effect specifiek is voor LAG-3 en zich niet uitstrekt tot andere immuuncheckpoints zoals PD-1 of PD-L1. De studie sloot ook de mogelijkheid uit dat de geobserveerde effecten simpelweg het gevolg waren van de toxiciteit van de verbinding voor de cellen, dankzij de verbeterde formulering die de cellen gezond hield terwijl het medicijn werkte. Hoewel het onderzoek bevestigt dat apigenine een directe remmer van LAG-3 is en dat het goed werkt in combinatie met huidige antilichaamtherapieën in muizen, merken de auteurs op dat er verder werk nodig is om de structurele details van de binding volledig te begrijpen en om het molecuul te optimaliseren voor menselijk gebruik. De studie beweert niet dat apigenine een geneesmiddel voor kanker is, maar wel dat het een nieuwe, levensvatbare strategie vertegenwoordigt voor het targeten van een immuuncheckpoint dat voorheen werd beschouwd als alleen toegankelijk voor grote biologische medicijnen.

Dit werk suggereert een verschuiving in de manier waarop wetenschappers de ontwikkeling van kankerimmunotherapieën kunnen benaderen. Jarenlang lag de focus bijna volledig op grote antilichaammiddelen, die effectief zijn maar complex om te produceren en toe te dienen. Het succes van apigenine als een klein molecuul dat LAG-3 remt, laat zien dat deze cruciale immuun-targets kunnen worden aangepakt door veel kleinere, eenvoudigere chemische verbindingen. Dit opent de mogelijkheid om orale medicijnen te ontwikkelen die patiënten thuis kunnen innemen, wat deze krachtige behandelingen potentieel toegankelijker en betaalbaarder maakt. Door een klein molecuul dat LAG-3 target met een antilichaam dat PD-L1 target te combineren, hebben de onderzoekers een pad aangetoond naar duale therapie die de resistentie kan overwinnen die sommige tumoren ontwikkelen tegen enkelvoudige behandelingen. De bevindingen bieden een concreet bewijs van concept dat natuurlijke verbindingen, wanneer ze goed begrepen en geformuleerd zijn, kunnen dienen als precieze instrumenten om het immuunsysteem opnieuw te activeren tegen kanker, wat hoop biedt voor een nieuwe generatie combinatietherapieën.