Science子刊：新方法改善CART細胞的抗原敏感性

　　嵌合抗原受體（CAR）修飾的T細胞（CAR-T）療法在治療淋巴瘤、白血病和多發性骨髓瘤方面是有效的，因為這些腫瘤細胞表達大量的靶抗原。然而，要實現這些血液惡性腫瘤的持久緩解，并將CAR-T細胞療法擴展到實體瘤患者，將需要能夠識別和消除靶抗原密度低的腫瘤細胞的CAR。

　　嵌合抗原受體（CAR）旨在模擬激活的內源性T細胞受體（TCR）并誘導對腫瘤抗原的細胞毒性反應。然而，TCR對腫瘤抗原的敏感性至少是CAR的100倍。這意味著CAR需要比TCR更多的腫瘤抗原來激活，從而導致許多患者被排除治療或治療失敗和疾病復發。

　　為了設計具有較低激活閾值的CAR，或者說具有更好的抗原敏感性的CAR，來自美國弗雷德-哈金森癌癥研究中心等研究機構的研究人員直接比較了原代人類T細胞中的TCR和CAR信號傳導。全局磷酸化蛋白質組分析顯示，關鍵的T細胞信號蛋白---比如構成了T細胞輔助受體的一部分的CD3δ、CD3ε和CD3γ，以及TCR銜接蛋白LAT---在CAR刺激下要么不被磷酸化，要么只被弱磷酸化。相關研究結果近期發表在Science Signaling期刊上，論文標題為“Comparative analysis of TCR and CAR signaling informs CAR designs with superior antigen sensitivity and in vivo function”。

　　這些作者利用他們獲得的磷酸化蛋白質組數據設計了BB/εPRS_ITAM/ζ CAR和BB/ζ/link_GRB2 CAR。與BB/ζCAR相比，這些新的CAR設計在體外有更高的抗原反應性，但不如28/ζCAR敏感。BB/εPRS_ITAM/ζ CAR的敏感性提高被CD3ε PRS和ITAM結構域的突變所取消，這意味著信號傳導是功能改善的機制。

　　這些新設計的CAR能夠更好地與CD3ε和LAT結合，導致在低密度抗原環境下增強體外T細胞激活，并改善在淋巴瘤、白血病和乳腺癌體內模型中的療效。這些研究結果為設計更有力地激活T細胞輔助受體和銜接蛋白的新型CAR提供了依據，從而使CAR-T細胞在細胞培養物中對低抗原密度的腫瘤細胞作出更有效的反應，并減少小鼠體內的腫瘤負荷和死亡率。

　　這些新設計的CAR沒有一種可以接近天然TCR的敏感性，這說明TCR屬性的重要性，如降低親和力、連續觸發、機械刺激感受器功能和輔助受體結合，這些屬性都很難被設計到CAR構造體中。

　　然而，在血液惡性腫瘤和乳腺癌的四種異種移植小鼠模型中，這些新設計的CAR與BB/ζ CAR相比，具有同等或更好的抗腫瘤活性。此外，在三種血液學惡性腫瘤模型中，這些新設計的CAR比28/ζCAR更有優勢，這與抑制性受體的較少上調和較好的持久性相吻合。因此，這些磷蛋白組學數據使得這些作者能夠設計出具有更好的體外抗原敏感性和體內功能的新型CAR。

　　這些作者使用雙特異性T細胞的方法的一個局限性是，這項新的研究僅檢測了CD8+T細胞，因為CAR和TCR之間的比較使用的是對Epstein-Barr病毒（EBV）的I類MHC限制性反應。還需要進行額外的研究，以確定這些結果是否可以擴展到臨床CAR-T細胞產品，這些產品通常來自包含CD8+ T細胞和CD4+ T細胞以及初始T細胞（na?ve T cell）和記憶T細胞的大量T細胞群體。基底CAR磷酸化和抗原非依賴性信號傳導（tonic signaling）似乎是具有CD28共刺激結構域的CAR的共同特性；然而，這項新研究中使用的28/ζCAR構造體在沒有抗原的情況下并沒有引起足夠的抗原非依賴性信號傳導以上調PD-1或誘導組成性生長。

雙特異性T細胞和磁珠能夠分析單細胞群體中的TCR和CAR信號。圖片來自Science Signaling, 2021, doi:10.1126/scisignal.abe2606。

　　總之，這些研究結果表明，“第二代”BB/ζ CAR的功能可以通過合理插入新的信號傳導結構域和蛋白結合結構域而得到增強。插入這樣的結構域可以改善受體的信號傳導，其方式與增加或選擇替代性共刺激結構域不同，后者到目前為止一直是CAR領域的一個主要的優化重點。這項新研究的一個重要意義是，未來的CAR可能會受益于“精簡”的功能性結構域，這些功能性結構域只包含那些對驅動信號傳導和/或蛋白招募至關重要的肽序列。對于CD3ε來說，部分去除胞內結構域產生的CAR表達水平更高，而且比含有CD3ε整個胞內結構域的CAR功能更強。在這種可能性成為現實之前，科學家們必須更好地了解T細胞信號傳導胞內結構域中的單個肽序列如何促進T細胞的激活和效應反應。因此，調控CAR結構的新方法仍然是一個重要的研究領域。

　　雖然CD3ε和GRB2是這些作者獲得的磷酸化蛋白質組數據集中得出的兩種有代表性的信號傳導結構域，但是該數據集提供了大量的額外信息來推斷出代謝適能（metabolic fitness）和T細胞功能的其他方面。利用合成生物學和測序技術的進步的高通量篩選策略應該在未來的研究工作中提高這類研究的可行性。