盡管嵌合抗原受體（CAR）為基礎的治療方法取得了相當大的進展，實體瘤的治療并未從這尖端的技術受益。與B細胞惡性腫瘤相比，實體瘤更帶來了一系列不同的挑戰，包括腫瘤抗原的異質性表達。研究人員雖然已經探索了針對與實體瘤相關的不同抗原，并取得了一些成功，但抗原逃逸仍然會降低這些療法的療效。
除了抗原特異性之外，另一個可能影響療效的是CAR和抗原的結合強度。CAR分子外部，包括CAR T細胞和CAR自然殺傷（NK）細胞，能識別癌細胞上的抗原，形成分子和抗原復合體，稱為免疫突觸。免疫突觸能激發CAR免疫細胞中的抗原依賴性信號通路，并殺死癌細胞。然而，傳統CAR分子與抗原形成的突觸是無序和低效的。相較于T細胞超分子激活簇（SMAC）免疫突觸，傳統CAR分子需要更高的抗原來啟動下游信號傳導并激活效應細胞。
慶幸的是，研究人員發現CAR分子是可以通過改造來增強結合的強度。“錨定域”是蛋白質中有助于穩定突觸的部分。這有可能被利用來改善CARs和其抗原之間的聯系，從而產生更強的下游信號并提高療效。通過使用PhenomeX家族的單細胞功能蛋白質組學平臺，研究人員能夠確定細胞功能的特征，并顯示新的修飾如何影響功能細胞的分泌。
利用PhenomeX單細胞蛋白質組學鑒定新的CAR修飾的特征
今年二月，美國圣裘德兒童研究醫院的Peter J. Chockley和他的團隊發表在《Nature Biotechnology》的文獻研究了在CAR NK細胞中用于識別腫瘤抗原的關鍵蛋白上添加一個分子錨，如何加強CAR NK的細胞療效1。他們重點關注CRTAM的PDZ結合模體（PDZbms）。這不單因為大約有400個蛋白質含有PDZ結構域，而且PDZbms有助于突觸的形成。至于CRTAM蛋白以前被證明在NK細胞的腫瘤免疫監視中起作用。Chockley和團隊將研究重點放在NK細胞上，因為：
- 它們具有先天的殺傷腫瘤細胞的能力并含有比T細胞多5到7倍的細胞顆粒
- NK 細胞不會引起移植物抗宿主病
- 除了CAR NK抗原識別軸之外，NK細胞采用了多種靶向模式，因而降低腫瘤細胞躲避攻擊的能力
他們改造了四種CAR：典型CAR NK細胞（CAR NK），CAR改造NK細胞（CAR.PDZ NK），及非功能性對照CAR（CARΔ NK），并以兩種不同的腫瘤相關抗原–EphA2和B7-H3為目標，并進行了測試，以確定結合是否增強，以及這是否增加了NK細胞的活性。被稱為CAR.PDZ的改良NK細胞首先被證明跟對照細胞相比與目標抗原的結合更強。作者認為這建議它更有力地激活了下游的信號通路。
為了了解這對功能的影響，研究人員使用PhenomeX的IsoCode單細胞蛋白分泌組平臺對新型CAR-NK細胞進行功能表型。當作者比較多功能性細胞（分泌兩種或更多細胞因子的細胞）百分比時，與CAR、CARΔ和未修改的NK細胞相比，發現CAR.PDZ NK細胞的多功能細胞百分比最高。接下來，研究人員評估了單細胞多功能強度指數（PSI），即將多功能性百分比與被測量的每個單獨蛋白質的數量相結合。與其他組相比，CAR.PDZ NK細胞的PSI明顯更高，其中效應蛋白對PSI的貢獻最大。研究人員還細分了各組蛋白質的分泌頻率，發現與典型的CAR-NK細胞相比，CAR.PDZ NK細胞中分泌穿孔蛋白和分泌干擾素的細胞有所增加。這些結果與作者之前觀察到的信號通路的變化相一致，提供了更多關于結合力增強的CAR-NK細胞功能改善的機制的信息。
值得一提的是，作者也從IsoSpeak軟件自動繪制的t-SNE圖看到細胞因子（GM-CSF、IFNγ、IL-8和TNFα）、趨化因子（MCP-1、MIP-1α和MIP-1β）和細胞溶解顆粒的分子（顆粒酶B和穿孔蛋白）的信號強度。他們得以清楚了解到CAR.PDZ細胞與其他NK細胞群相比，是獨特的。
在充分描述了改性NK細胞的特征后，作者還探討了改進的CAR結合如何改變T細胞的功能。與NK細胞一樣，CAR.PDZ T細胞在用單細胞功能表型進行評估時顯示出功能的改善。改良后的CAR在體外和體內研究中也提高了細胞毒性活性，改善了動物模型的結果和生存。
使用單細胞功能表型來評估新療法
通過使用PhenomeX的單細胞多功能分析技術，研究人員可以輕松評估新改造產品如何影響免疫細胞的活性，從而獲得對細胞功能的獨特見解。多重功能性和PSI都被證明可以預測體內活性和臨床結果，使它們成為細胞表征的強大指標。利用PhenomeX的單細胞功能表型，研究人員獲得關于免疫細胞功能的可改造的見解，從而指導開發更有效的療法并改善臨床結果。
參考文獻：
- Chockley, Peter J et al. “Synapse-tuned CARs enhance immune cell anti-tumor activity.” Nature biotechnology, 10.1038/s41587-022-01650-2. 2 Feb. 2023, doi:10.1038/s41587-022-01650-2
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