Nature | 讓T細胞可控：斯坦福大學通過信號分子實現(xiàn)CAR T細胞的邏輯門控制

原創(chuàng)?風不止步?圖靈基因?2023-03-15 10:11?發(fā)表于江蘇

撰文：風不止步

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文章利用對T細胞信號網(wǎng)絡的理解，通過LAT和SLP-76配對，設計了一個真正的Boolean-logic和門控CAR-T細胞相满。目前為止，這是第一個能夠限制CAR-T細胞活性以直接橡娄、瞬時和可逆的方式遇到兩種抗原的系統(tǒng)。

布爾代數(shù)（Boolean Algebra）與邏輯門：布爾代數(shù)癣籽，一個數(shù)學分支專處理“真”和“假”瀑踢，它已解決了所有法則和運算扳还；在布爾代數(shù)中，變量的值是true和false橱夭，能夠對其進行邏輯操作氨距。布爾代數(shù)中有三個基本操作：NOT、AND和OR棘劣。

CarT治療（CAR-T治療）即嵌合抗原受體T細胞免疫療法俏让，屬于免疫療法中的一種，主要用于惡性血液病和惡性腫瘤患者的臨床治療茬暇。CAR-T治療是在從患者血液中收集分離T細胞首昔，然后進行基因修飾，增強其對抗癌細胞的靶向和殺傷能力糙俗，T細胞在體外大量培養(yǎng)擴增后勒奇，再輸入患者體內，并繼續(xù)繁殖巧骚，最終識別體內癌細胞赊颠，將其摧毀。

2023年3月8日劈彪，美國斯坦福大學Robbie G. Majzner博士等人在《Nature》上發(fā)表了一篇“Co-opting signalling molecules enables logic-gated control of CAR T?cells”的文章竣蹦，文章用細胞內近端T細胞信號分子取代了傳統(tǒng)的CD3ζ結構域，設計了一種快速和可逆的Boolean-logic門控CAR T細胞平臺--細胞內網(wǎng)絡（LINK）CAR沧奴，在療效和預防靶痘括、腫瘤毒性方面都優(yōu)于其他系統(tǒng)。

CAR T細胞已經(jīng)成為治療B細胞惡性腫瘤的一個重要工具滔吠，對許多人來說是一種治愈性的纲菌、拯救生命的療法。然而疮绷，用于治療實體瘤的CAR T細胞的發(fā)展一直很緩慢翰舌，并以失敗為標志。一個主要障礙是缺乏與重要的正常組織不共享的腫瘤特異性目標矗愧。雖然CARs有時可以在表達非常高的抗原的腫瘤和表達同一目標的較低水平的正常細胞之間提供一個治療窗口，但隨著更強大的CAR T細胞被設計出來郑原，在臨床研究中可能會出現(xiàn)更頻繁的靶向唉韭、非腫瘤毒性。

圖1：近端信號分子是傳播CAR T細胞激活的必要條件犯犁。

通過與T細胞信號所需的LAT-SLP-76支架合作属愤，產生了?Boolean-logic AND-gate CAR T細胞。通過利用本地T細胞信號生物學的優(yōu)勢酸役，實現(xiàn)一個高度特異和可移植的系統(tǒng)住诸，以限制T細胞對雙抗原相遇的反應驾胆。其他幾個AND-gate CAR系統(tǒng)已經(jīng)被設計出來，包括SynNotch和SPLIT CAR贱呐，但正如數(shù)據(jù)所顯示的丧诺，這些系統(tǒng)在體內的特異性或有效性方面存在缺陷。另外兩個需要共同施用外來蛋白以在抗原表達的基礎上重定向CAR T細胞的AND-gate系統(tǒng)已經(jīng)被提出并在體外進行了測試（LOCKR和SUPRA CAR）奄薇。

圖2：ZAP-70 CARs繞過上游信號元素驳阎，可以表現(xiàn)出更強的抗腫瘤活性。

由于藥代動力學的原因馁蒂，小蛋白療法在臨床上的應用在技術上具有挑戰(zhàn)性呵晚，而且有效穿透組織的能力可能有限。此外沫屡，完全合成的蛋白質有潛在的免疫原性饵隙。相比之下，LINK CAR的信號成分完全是人類的沮脖，該系統(tǒng)很容易地以模塊化的方式被設計成任何特異性金矛。識別理想的AND-gate目標是腫瘤學中一個不斷增長的領域，該系統(tǒng)準備改變可以安全地以CAR T細胞為目標的分子景觀倘潜。使用病人樣本和單細胞技術的進一步工作將是必要的绷柒，以確定LINK CAR T細胞的安全和有效目標。

圖3：LAT和SLP-76 CARs繞過上游信號元素涮因，共同發(fā)揮布爾邏輯AND門的作用废睦。

在觀察到細胞內的近端信號分子（如ZAP-70和PLCγ1）可以作為合成TM受體的信號域后設計了LINK CARs。近端信號的CARs繞過了TCR機制的上游組件养泡，但轉錄和磷蛋白組分析表明嗜湃，其下游信號網(wǎng)絡與使用CD3ζ的CARs相似。此前澜掩，研究人員發(fā)現(xiàn)购披，蛋白酪氨酸激酶SYK也可以被重新利用到類似CAR的嵌合分子中，在體外殺死腫瘤細胞肩榕，但基于ZAP-70的CARs基本上是無效的刚陡。與ZAP-70KIDB CAR功能上的差異可能是由于排除了自我抑制的SH2結構域≈旰海總之筐乳，這項工作表明，合成受體可以重新利用胞質激酶和其他信號機制來控制細胞內的過程——這種方法也可能適用于其他類型的細胞乔妈。

圖4：靶向突變建立LINK CAR的特異性蝙云。

某些近端信號的CARs在模型中顯示出優(yōu)勢，包括減少強直信號和T細胞衰竭路召，以及增加擴增和持久性勃刨。一些ZAP-70 CARs有可能優(yōu)于CD3ζ?CARs波材，因為強直信號的減少和衰竭或更精細的信號強度，和/或通過逃避T細胞中的抑制性配體和調節(jié)機制身隐，這些配體和調節(jié)機制集中在LCK或CD3ζ本身廷区。未來的工作將確定增強ZAP-70 CAR活性的基礎，并評估LINK和PLCγ1 CAR是否具有同樣的優(yōu)勢抡医。當目標抗原密度較低時躲因，CD3ζ?CAR T細胞的功能是有限的，通過抗原重塑為腫瘤免疫逃逸提供了機會忌傻。預計LINK CAR系統(tǒng)也有類似的易感性大脉，但需要系統(tǒng)性的工作來了解該系統(tǒng)每個組成部分的抗原密度閾值，這些閾值可能因個別抗原和結合分子而不同水孩。

圖5：LINK CAR介導了腫瘤的根除镰矿，同時防止了靶向、非腫瘤的毒性俘种。

總之秤标，利用近端信號分子設計了一個CARs工具箱，表現(xiàn)出更強的功能和特異性宙刘，包括一個強大的瞬時和可逆的Boolean-logic和門控系統(tǒng)苍姜，超過了以前發(fā)表的系統(tǒng)。通過將細胞膜分子重新利用到CARs中悬包，以一種高度功能性但未預期的方式控制細胞活動衙猪。該工具為科學家和醫(yī)生提供了在臨床上控制和增強CAR T細胞功能的能力。這些進展可能會產生廣泛的影響布近，不僅在癌癥免疫治療領域垫释，而且在研究人員將CAR T細胞擴展到自身免疫性疾病和開發(fā)新類別的細胞療法方面。

教授介紹

Robbie G. Majzner?博士

Robbie Majzner博士是血液學和腫瘤學部門的兒科助理教授撑瞧。從哥倫比亞大學獲得學士學位后進入哈佛大學醫(yī)學院棵譬，在那里對兒童腫瘤學產生了興趣。在紐約長老會-哥倫比亞大學完成了兒科住院醫(yī)師培訓预伺，并在約翰霍普金斯大學和國家癌癥研究所完成了兒科血液腫瘤學的研究培訓订咸。

在研究期間，他照顧了一些最早接受CD19嵌合抗原受體（CAR）T細胞的兒科病人酬诀，這些兒童患有B細胞急性淋巴細胞白血苍嗳隆（B-ALL），通常沒有其他治療選擇料滥。見證了CAR T細胞在這些患者身上的成功然眼，促使Majzner博士來到實驗室艾船，專注于將CAR T細胞的使用擴展到實體腫瘤葵腹。他優(yōu)化了新的受體高每，以識別兒科實體瘤上過度表達的抗原，如GD2（Mount/Majzner等人践宴，Nature Medicine鲸匿，2018）B7-H3（Majzner等人，Clinical Cancer Research阻肩，2019）和ALK（Walker/Majzner等人带欢，Molecular Therapy，2017）烤惊。

目前的工作重點是將多特異性賦予CAR T細胞乔煞，并優(yōu)化這些受體，以便在目標量（抗原密度）受到限制時提高其療效（Majzner等人柒室，Cancer Discovery渡贾，2020）。通過借鑒最先進的生物工程技術雄右，Majzner實驗室專注于提高CAR T細胞對癌癥兒童的效力和特異性空骚。

在臨床上，Majzner博士在Lucile Packard兒童醫(yī)院照顧所有神經(jīng)母細胞瘤患者擂仍，并對將新型免疫療法用于這些患者和其他實體瘤患者的臨床試驗有特殊興趣囤屹。他擁有小兒科和小兒血液腫瘤學證書。

參考文獻

Aidan M. Tousley, Maria Caterina Rotiroti et.al Co-opting signalling molecules enables logic-gated control of CAR Tcells（2023）