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

人类免疫系统是一支精密的防御部队，时刻在体内巡逻，以识别并摧毁如病毒和癌细胞之类的入侵者。为了防止这支强大的军队误伤健康组织，身体使用了一系列被称为“检查点”的“刹车”。这些是免疫细胞表面的特殊蛋白质，就像路标一样，当遇到某些信号时，告诉细胞减速或停止行动。癌细胞非常狡猾；它们经常学会通过按下这些刹车来有效地欺骗免疫系统，使其对自身视而不见。近年来，医生们开发出了强大的药物，主要以抗体形式存在，用于释放这些刹车。通过阻断那些告诉免疫细胞停止工作的信号，这些药物让身体的天然防御机制得以攻击肿瘤。这种方法改变了许多癌症的治疗方式，但它并不对所有人有效，而且这些药物价格昂贵且难以给药。科学家们现在正在寻找新的释放这些刹车的方法，希望能找到更简单、更易获取的工具，与现有的疗法协同工作，从而帮助更多患者。

一个研究小组发现了一个极具前景的新候选者：芹菜素（apigenin），这是一种存在于许多常见果蔬中的天然化合物，如欧芹、芹菜和橙子。虽然芹菜素长期以来因其潜在的健康益处而闻名，但这项研究揭示了它发挥作用的一个特定的、直接的机制。研究人员发现，芹菜素作为一种小分子，能够物理性地结合到免疫系统最重要的刹车之一——一种被称为 LAG-3 的蛋白质上。通过直接附着在该蛋白质上，芹菜素阻止了它接收“停止”信号，从而有效地释放了刹车，使免疫细胞保持活跃状态。这一发现意义重大，因为直到目前为止，阻断 LAG-3 只能通过大型且复杂的抗体药物来实现。发现一种天然存在的小分子可以完成同样的工作，为癌症治疗开启了一扇新门，表明口服药物最终可以与现有的抗体疗法相结合，从而创造出更强大的肿瘤防御体系。

通往这一发现的旅程始于对三十六种不同黄酮类化合物（包括芹菜素在内的一类植物化合物）库的系统性搜索。研究人员测试了每一种化合物，看它们是否能破坏 LAG-3 蛋白与其搭档——一种称为 MHCII 的分子之间的连接。这种连接是允许免疫刹车启动的特定“握手”。通过一项灵敏的实验室测试，他们发现有九种化合物可以干扰这种相互作用，但芹菜素在其中脱颖而出，成为一种特别有效的干扰物。随后，团队绘制了芹菜素如何契合 LAG-3 蛋白的精确形状图。他们发现，它沉降在蛋白质表面的一个特定口袋中，这个位置与已知其他药物的结合点截然不同。这种特定的契合解释了为什么芹菜素在针对 LAG-3 的同时，不会干扰其他免疫途径，例如涉及 PD-L1 蛋白的途径（后者已经是许多成功癌症药物的目标）。

为了确保芹菜素确实是在与蛋白质结合，而不是仅仅引起细胞的普遍压力，研究人员使用了一种称为光亲和标记的技术。他们创建了一个修改版的芹菜素分子，使其在暴露于光照时能永久粘附在它所接触到的任何物体上。当他们将这种修改后的分子引入免疫细胞并照射光线时，他们能够提取出被抓取的蛋白质。结果显示，LAG-3 是主要目标，这证实了芹菜素在活细胞内直接与该免疫刹车发生作用。然而，研究人员也面临着一个实际障碍：芹菜素在水中的溶解度不高，这可能导致在实验中由于化合物聚集并在高剂量下伤害细胞而产生误导性的结果。为了解决这个问题，他们开发了一种特殊的制剂，使芹菜素保持溶解且稳定状态。这种制剂使他们能够在对细胞安全的浓度下测试该化合物，揭示了其在不产生毒性的情况下激活免疫系统的真实能力。

这种新方法的效力通过将配制好的芹菜素与一种名为度伐利单抗（durvalumab）的现有抗体药物（用于阻断 PD-L1 通路）相结合进行了测试。在利用人类免疫细胞进行的实验室测试中，这两种疗法的组合效果优于单一药物。研究人员观察到，免疫细胞变得更加活跃，表现出更高水平的代表其已准备好战斗的标志物。当他们将这些实验转移到带有类人肿瘤的小鼠身上时，结果更加令人瞩目。接受芹菜素与度伐利单抗联合治疗的小鼠，与仅接受其中一种药物或安慰剂治疗的小鼠相比，肿瘤生长速度明显减慢。联合组的肿瘤体积更小，且含有更高数量的活跃免疫细胞，特别是负责杀伤癌细胞的 CD8+ T 细胞。这些细胞还产生了更多的“武器”，如用于摧毁肿瘤细胞的颗粒酶 B 和穿孔素。

在整个研究过程中，研究人员小心地区分了哪些是他们可以证明的，哪些仍有待探索的部分。他们证明了芹菜素直接结合并破坏 LAG-3 的功能，这一发现得到了多种独立方法的支持，包括化学结合测试、计算机模拟以及细胞内的直接观察。他们表明，这种效应是针对 LAG-3 特有的，并不延伸至 PD-1 或 PD-L1 等其他免疫检查点。研究还排除了观察到的效应仅仅是由于化合物对细胞具有毒性的可能性，这归功于能保持细胞健康的改良制剂。虽然研究证实了芹菜素是一种直接的 LAG-3 抑制剂，并且在小鼠实验中与现有抗体疗法结合效果良好，但作者指出，仍需进一步工作来完全理解其结合的结构细节，并优化该分子以供人类使用。该研究并非声称芹菜素是治愈癌症的方法，而是表明它代表了一种新的、可行的靶向策略，用于针对此前被认为只能通过大型生物药物触及的免疫检查点。

这项工作表明，科学家们可能会转变开发癌症免疫疗法的方式。多年来，研究重点几乎完全集中在大型抗体药物上，这些药物虽然有效，但生产和给药过程复杂。芹菜素作为 LAG-3 小分子抑制剂的成功表明，这些关键的免疫靶点可以通过更小、更简单的化学化合物来作用。这为开发患者可以在家中服用的口服药物提供了可能，从而可能使这些强大的治疗手段变得更加普及和负担得起。通过将针对 LAG-3 的小分子与针对 PD-L1 的抗体相结合，研究人员展示了一条双重疗法的路径，这种疗法可以克服一些肿瘤对单一治疗产生的耐药性。研究结果提供了一个具体的概念验证，即天然化合物在得到正确理解和配制的情况下，可以作为精准的工具来重新唤醒人体免疫系统以对抗癌症，为新一代联合疗法带来了希望。