一文解讀T細胞激活機制及CART基于此的演變歷程

2019-06-16 17:24 嚴國樑
4382


【最終拖延癥有點嚴重,本來早想寫的,但拖著拖著就搞到現在了。

利用抗腫瘤免疫反應一直是癌癥免疫治療的基本策略,這中間涉及的最重要的免疫細胞就是T細胞,不管是現在火爆的免疫檢查點還是TCRT, CART,其實都是利用T細胞去殺傷腫瘤細胞,因而本次我們主要介紹T細胞的激活機制,并通過這種激活機制來看下CART的演變歷程和針對共刺激信號靶點的抗體研發】


T細胞受體有兩種——αβ和γδ,每一個T細胞都只包含一個αβ或一個γδ受體,而不會兩者兼備。大約有超過95%循環中的T細胞具有αβ型T細胞受體,此外,除了αβ蛋白外還表達一個CD4或CD8共刺激分子。與之相對,絕大多數γδ型T細胞不表達CD4或CD8。這次我們僅討論αβT細胞。


TCR-CD3復合物——T細胞受體傳遞信號

一旦αβ型受體TCR識別APC細胞表面肽和MHC分子的復合物后,接下來就應該將T細胞表面發生識別的信號傳遞至T細胞核內。但由于αβ型TCR雖然有一個非常完美的胞外區可以結合它的配體,但是α和β蛋白的胞質尾部只有大約3個氨基酸的長度,這對于信號傳遞來說太短了,不足以將“配體結合”的信號傳遞至核內。


為了便于信號傳遞,TCR需要CD3的蛋白的協助。人類的這一信號傳遞復合物由4個不同蛋白質組成,γ,δ,ε和ζ。然而,作為CD3復合物組成部分的γδ蛋白與組成gγδ型T細胞受體是不一樣的。CD3蛋白錨定在細胞膜上,擁有足夠長的胞質尾部能夠進行信號傳遞。TCR的信號傳遞包括將這些受體在T細胞表面的某個區域簇集在一起。而后,一定數量的激酶通過CD3蛋白的胞質尾部被募集,激活的信號就這樣被傳遞入核。



CD4和CD8共受體——信號加強

殺傷性T細胞(CTL)和輔助T細胞(Th)履行兩種截然不同的任務,它們分別通過MHCⅠ類和MHCⅡ類這兩類不同的分子獲得不同的工作提示。但是,CTL是怎樣知道應該識別由MHCⅠ類分子提呈的肽段,而Th細胞又是如何知道應該識別由MHCⅡ類提呈肽段的APC呢?這時就需要CD4和CD8了。通常CTL表達CD8,而Th細胞表達CD4。這類共受體分子的作用是鉗住MHCⅠ類(CD8)或MHCⅡ類(CD4)分子。


這些“鉗子”可加強T細胞和APC之間的附著力,所以CD4和CD8共受體分子的作用就是通過適當的MHC分子吸附住CTL和Th細胞。CD4和CD8都具有可穿過細胞壁深入細胞內部(細胞質)的尾部,這些尾部也具有信號傳遞所必需的特性。此外,由于CD4是一個單體蛋白,而CD8則是由兩個不同蛋白所組成,因此,由這兩個共受體分子所傳遞的信號可能完全不同,也就是可以用“輔助”和“殺傷”區分兩者。相當于與細胞表面αβT細胞受體緊密黏合的CD3分子,CD4和CD8共受體分子通常只是與TCR/CD3蛋白松散結合。一旦TCR識別了由MHC分子提呈的同源抗原,CD4或CD8共受體分子就鉗住TCR-MHC-肽復合物,并使其間相互作用穩定,從而加強了由TCR進行的信號傳遞。


共刺激信號


在初始T細胞中,T細胞受體和細胞核之間的聯系并不是很健全,大量從TCR發出的信號在傳送到細胞核的過程中丟失了從而無法有效激活T細胞,然而一旦T細胞接收到共刺激信號,從TCR傳出的信號就會被放大很多倍,此時只需極少量(約1/100)的TCR參與就可激活原初T細胞。所以,在激活前,除了原初T細胞的受體應與MHC-肽結合外,還必須接收到共刺激信號。共刺激就好像一個“擴增器”,可以用來放大由TCR發出的“我參戰了”的信號,從而降低必須與MHC-肽復合物交聯的TCR閾值。有趣的是,一旦原初T細胞被激活,TCR和細胞核之間的聯系就被鞏固了。


目前已經分離出了很多不同的T細胞共刺激分子,其中最具代表性的就是B7:CD28和4-1BB:4-1BBL,B7蛋白可以通過插入T細胞表面的受體CD28而對T細胞提供共刺激。作為激活的結果,T細胞上的4-1BB和CTLA-4上調,因而能持續維持B-7:CD28介導的細胞激活并進一步增強CD8+T細胞增殖和存活能力。


CART的演變


最早的CART設想是繞開MHC的限制性,因而科研人員首先是找到一個合適的TAA(Tumor Associated Antigen,即腫瘤相關抗原),然后給T細胞裝上一個與這個抗原相對應的scFv(single chain Variable fragment,即單鏈抗體),嚴格的說只是抗體的一個片段,這樣就沒有MHC分子什么事情了,這就是CAR-T的雛形。



但這樣形成的CART因為缺乏共刺激信號,T細胞往往會未老先衰,起不到抗腫瘤的作用。因而第二代CART的理念就是找到一個效果特別好的TAA,然后加上共刺激信號(CD28, 4-1BB)。這就是第二代CAR-T產品的兩種主流設計,在共刺激結構域,一種用CD28,一種用4-1BB。 這中間最有代表性的就是Juno以CD19為靶點,用4-1BB做共刺激結構域和Kite以CD19為靶點,用CD28做共刺激結構域的第二代CAR-T。這兩個共刺激信號一個持久,一個強烈,各有千秋。


下一步理所當然的設想就是既然CD28共刺激信號強烈但不持久,4-1BB持久但不強烈,那是否可以將兩者結合到一起,從而取長補短使得刺激信號即強烈又持久呢?這就出現了第三代CART。



現在,已經有第四代CAR-T,就是在第三代的基礎上再加點什么,比如說今天朋友圈里面分享的一篇很有意思的文章:

主要是在以往的CAR-T基礎之上將IL-17以及CCL19添加進去改造而成。IL-17和CCL19能夠將外圍的T細胞和DC細胞有效地招募過來,以便維持T細胞集中的區域(T cell zone)。因此,研究者們將IL-17和CCL19也裝到CAR-T細胞之中希望能夠治療腫瘤的同時招募更多的T細胞以及DC細胞來腫瘤組織中一起殺傷腫瘤。



免疫共刺激分子相關靶點研發


a.OX40


OX40,又叫CD134,是腫瘤壞死因子受體超家族成員之一,在T細胞活化后的24~72h表達。它的配體是OX40L,又叫CD252,主要在活化的APCs表面表達。OX40L和OX40結合后可以激活T細胞,并啟動包括T細胞核因子在內的T細胞活化信號,并增強細胞周期蛋白A、Bcl-2凋亡分子、細胞因子和細胞因子受體等的表達。小鼠模型顯示,興奮OX40的特異性抗體可以使Tregs數目減少,從而維持效應T細胞的功能,并顯示出了較高的抗腫瘤活性。針對此位點的臨床研究較多,包括單藥應用興奮OX40的特異性抗體,或與化療、放療、手術、小分子靶向治療、細胞因子或其他免疫檢查點藥物(抗-CD137、PD-1和CTLA-4抗體)聯合應用。


b. 誘導共刺激分子(inducible costimulatory molecule,ICOS)


ICOS又叫CD278,是免疫球蛋白超家族成員之一,與CD28和CTLA-4同源,在活化T細胞表面表達,在調節T細胞的增殖和功能方面扮演著重要角色。ICOS的活化依賴于它的配體ICOS-L,ICOS-L主要表達在B細胞和APCs。也許因為既往CD28通路的研究大多療效欠佳,人們對ICOS通路的研究也比較少,現在人們重新對ICOS燃起激情是因為它在腫瘤的免疫治療中可以扮演標志物的角色,當惡性黑色素瘤患者接受Ipilimumab治療時,ICOS+的CD4+T細胞的增多是藥效學的標志物,可能與較好的療效相關。小鼠模型發現,單獨應用ICOS激動劑似乎很難引發免疫反應,激活ICOS同時應用抗CTLA-4藥物存在協同作用,而ICOS基因敲除小鼠對抗CTLA-4治療的反應較差。同時應用ICOS激動劑和抗PD-1及抗CTLA-4治療也可以增強抗肺癌效果,因此,ICOS通路對CTLA-4(也許還有其他免疫檢查點)的治療是否起效至關重要。目前針對ICOS通路的臨床研究正在進行,但多數處在Ⅰ期研究。


c. 4-1BB


4-1BB,又叫CD137,在效應T細胞和腫瘤浸潤T細胞中上調表達,并且能夠刺激細胞毒性功能和免疫記憶。此外4-1BB也能有效增強NK細胞毒性功能和刺激腫瘤血管。但同樣的,4-1BB也會導致嚴重的毒副作用。Urelumab項目就因為嚴重的肝毒性而宣告終止。但通過對Fc片段進行改造,降低Fcγ2的活性,從而降低交聯和生物活性,Utomilumab項目在高劑量情況下仍可以耐受?;旧纤械?-1BB雙抗項目都設計為在未結合腫瘤抗原的情況下,4-1BB無法被激活。一個比較典型的項目為PRS343(HER2-4-1BB),其攜帶靜默的Fcγ4片段。


d. CD27


CD27,不同于其他腫瘤壞死因子受體家族的成員,僅在淋巴細胞表面表達,包括幼稚和活化的CD4+和CD8+T細胞,它的配體是CD70,兩者相結合可以使效應和記憶T細胞增殖分化,并增強B細胞和NK細胞的活化功能。小鼠模型提示,增強CD27信號通路可以抑制腫瘤的生長。并且人們發現,1/3霍奇金淋巴瘤和彌漫大B細胞淋巴瘤患者的CD27或CD70胚系缺失,大部分彌漫大B細胞淋巴瘤和伯基特淋巴瘤患者調控CD70的基因突變或缺失,這也進一步從側面驗證了CD27/CD70信號通路的抗腫瘤免疫作用。


文獻:

Adam T C Cheuk, et al. 2004

Lauren Sompayrac. How the immune system works. the fifth edition.

Burugu, S., et al. (2018). Seminars in Cancer Biology 52: 39-52.


【About Us】--儒百:No Worry about the Cell Again.


T細胞相關產品



No Worry about the Cell Again.


往期精彩內容(點擊直達,持續更新)

一文解讀PBMC:藥物研發的最佳搭檔

一文解讀DC:最佳的抗原遞呈細胞

免疫檢查點藥物副作用(irAEs)機制及特點

腫瘤碰上免疫:腫瘤免疫循環

雙抗在腫瘤免疫中的介紹

HLAMHC)分型類別及分型方法介紹

腫瘤微環境中的免疫細胞及作用機理

抗原介紹--從六個方面完整闡述抗原

抗體Fab段作用機制及Anti-HEL陰性對照抗體重磅上市

抗體依賴細胞毒作用(ADCC)

免疫檢查點藥物研發--PBMC相關體外實驗

一次提取10000000000PBMC.......把人抽干的節奏????。?!

How Fresh Are Your PBMC?

如何選擇新鮮及冷凍PBMC?

IgG 亞型結構、生理活性等匯總整理

OS、PFS、ORR、CR、PR...... 什么鬼

常見的免疫系統人源化小鼠模型介紹

抗體藥物命名規則解析