Angew Chem：重大进展！开发出利用小分子进行化学编程的开关型CAR-T细胞疗法
来源：本站原创 2020-06-26 19:53
2020年6月26日讯/生物谷BIOON/---虽然两种CAR-T细胞疗法---诺华公司的tisagenlecleucel（商品名Kymriah）和吉利德公司的axicabtagene ciloleucel（商品名Yescarta）---已被美国食品药品管理局（FDA）批准用于治疗白血病和淋巴瘤，但是它们对占所有癌症90%的实体恶性肿瘤的治疗效用仍有待临床证
2020年6月26日讯/生物谷BIOON/---虽然两种CAR-T细胞疗法---诺华公司的tisagenlecleucel（商品名Kymriah）和吉利德公司的axicabtagene ciloleucel（商品名Yescarta）---已被美国食品药品管理局（FDA）批准用于治疗白血病和淋巴瘤，但是它们对占所有癌症90%的实体恶性肿瘤的治疗效果仍有待临床证实。一个主要的障碍是肿瘤的免疫抑制环境能阻止T细胞的浸润、激活和招募。另一个挑战是鉴定在癌细胞表面上选择性表达的细胞表面受体，CAR-T细胞特异性地靶向该细胞表面受体，从而使得它们不伤害健康的细胞和组织。在这方面，癌细胞表面组（cancer cell surfaceome, 指的是位于癌细胞表面上的全部大分子）的口袋组（pocketome，指的是在细胞表面上的每个大分子中存在的全部结合位点）部分，包括癌细胞表面受体及其复合物上的小分子结合位点，从而提供了一个较大的药物可靶向的空间，该空间只有小分子才能进入。因此，小分子可以作为包括抗体在内的天然识别库的补充。然而，与抗体相比，小分子在癌症免疫治疗中具有不合适的药代动力学和药效学特性。人们试图利用各种化学编程抗体、化学编程双特异性抗体以及相关概念解决这些缺点，而且也有人报道了能够赋予小分子招募和激活CAR-T细胞能力的方法。
在利用常规的抗体Fab片段控制的开关型CAR-T细胞平台的基础上，来自美国国家癌症研究所、斯克里普斯研究所和德国维尔茨堡大学医院的研究人员将这种平台调整为由化学编程Fab（chemically programmed Fab, cp-Fab）控制。这有效地将对T细胞招募和激活的控制转移到靶向癌细胞表面受体的小分子上。cp-Fab是在体外组装的，可用于在体外或体内激活CAR-T细胞。这种cp-Fab/CAR-T系统具有高度的通用性，唯一可变的成分是小分子，因此能够广泛地利用CAR-T细胞的力量探究细胞表面大分子的结合位点。相关研究结果近期发表在Angewandte Chemie期刊上，论文标题为“Chemically Programmable and Switchable CAR‐T Therapy”。
为了对cp-Fab/CAR-T系统进行概念验证，这些作者着重关注靶向叶酸受体1（FOLR1）的叶酸结合位点。FOLR1是一种糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定的糖蛋白，它以纳摩尔的亲和力结合叶酸，从而促进受体介导的内吞作用。快速生长的实体恶性肿瘤，包括卵巢癌和肺癌，都依赖于叶酸进行代谢和核酸合成。为了与健康细胞和组织竞争叶酸，FOLR1在这些癌症中高度过度表达。这使得FOLR1成为基于小分子和抗体的诊断和治疗试剂---包括CAR-T细胞和携带双特异性抗体的化学编程T细胞---的一个有吸引力的靶点。靶向FOLR1的常规CAR-T细胞也有报道，并已转化为用于卵巢癌治疗的I期临床试验。在之前的这些研究的基础上，这些作者选择探索FOLR1的叶酸结合位点作为cp-Fab/CAR-T的代表性靶点。
cp-Fab/CAR-T平台是一种双组分系统，它结合了（i）cp-Fab，通过重组融合或化学编程展示一种肽标签；（ii）通用的惰性CAR-T，可结合这种肽标签（图1）。CAR-T和cp-Fab是分开给送的，有效地构成了一种固有的开启/关闭开关。
cp-Fab是基于催化抗体h38C2构建出来的，这种催化抗体在它的11埃深的活性位点底部容纳着一个未质子化的赖氨酸（Lys）残基。这个Lys的独特反应性可用于与含有1,3-二酮或β-内酰胺的小分子进行位点特异性偶联。在化学编程抗体中，h38C2作为不变的生物组分，可与靶向细胞表面受体的小分子结合位点的可变化学组分共价结合。
这些作者建立了两种不同类型的cp-Fab。在第一种cp-Fab中，将一个非免疫原性的源自酵母转录因子GCN4的短肽（NYHLENEVARLKKL，下称GCN4肽）重组融合到h38C2 Fab支架的重链（HC）和轻链（LC）的C端（CT）或N端（NT）。根据这种肽标签的位置，将这些标记的Fab称为HCCT、HCNT、LCCT和LCNT（图1a）。第二种cp-Fab使用未标记的或者说野生型的h38C2 Fab支架，通过化学编程获得招募CAR-T细胞所需的GCN4肽。
三官能团β-内酰胺-生物素-叶酸化合物1（图2a）用于对这四种标记的Fab进行化学编程。β-内酰胺基团介导半抗原驱动的高效和选择性地共价偶联到h38C2活性位点的反应性Lys上。生物素基团使得检测成为可能。叶酸基团介导FOLR1结合。流式细胞仪分析显示，两种在C末端携带肽标签的cp-Fab（HCCT_1和LCCT_1）结合表达FOLR1的人卵巢癌细胞IGROV-1和SKOV-3。相比之下，对应的未经过化学编程的Fab并不能结合这两种癌细胞。重要的是，实验证实共价偶联的化合物1并不干扰cp-Fab/CAR-T相互作用。WT Fab_2、WT Fab_3、WT Fab_4和WT Fab_5均与CAR-T细胞以及IGROV-1和SKOV-3细胞结合，而未经过化学编程的WT Fab不与其中的任何一种细胞结合。
为了研究cp-Fab/CAR-T系统在体内的活性，他们使用人卵巢癌的小鼠模型。这种小鼠模型是通过将经过萤火虫荧光素酶编码基因转染的IGROV-1细胞腹膜内注射到NSG小鼠中而构建出的。不论是在体内，还是在体外，这种靶向细胞表面受体叶酸结合位点的cp-Fab/CAR-T系统能够特异性地和强效地清除表达FOLR1的癌细胞。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Junpeng Qi et al. Chemically Programmable and Switchable CAR‐T Therapy. Angewandte Chemie, 2020, doi:10.1002/anie.202005432.
在利用常规的抗体Fab片段控制的开关型CAR-T细胞平台的基础上，来自美国国家癌症研究所、斯克里普斯研究所和德国维尔茨堡大学医院的研究人员将这种平台调整为由化学编程Fab（chemically programmed Fab, cp-Fab）控制。这有效地将对T细胞招募和激活的控制转移到靶向癌细胞表面受体的小分子上。cp-Fab是在体外组装的，可用于在体外或体内激活CAR-T细胞。这种cp-Fab/CAR-T系统具有高度的通用性，唯一可变的成分是小分子，因此能够广泛地利用CAR-T细胞的力量探究细胞表面大分子的结合位点。相关研究结果近期发表在Angewandte Chemie期刊上，论文标题为“Chemically Programmable and Switchable CAR‐T Therapy”。
为了对cp-Fab/CAR-T系统进行概念验证，这些作者着重关注靶向叶酸受体1（FOLR1）的叶酸结合位点。FOLR1是一种糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定的糖蛋白，它以纳摩尔的亲和力结合叶酸，从而促进受体介导的内吞作用。快速生长的实体恶性肿瘤，包括卵巢癌和肺癌，都依赖于叶酸进行代谢和核酸合成。为了与健康细胞和组织竞争叶酸，FOLR1在这些癌症中高度过度表达。这使得FOLR1成为基于小分子和抗体的诊断和治疗试剂---包括CAR-T细胞和携带双特异性抗体的化学编程T细胞---的一个有吸引力的靶点。靶向FOLR1的常规CAR-T细胞也有报道，并已转化为用于卵巢癌治疗的I期临床试验。在之前的这些研究的基础上，这些作者选择探索FOLR1的叶酸结合位点作为cp-Fab/CAR-T的代表性靶点。
图1.cp-Fab系统的设计和概念。图片来自Angewandte Chemie, 2020, doi:10.1002/anie.202005432。
cp-Fab/CAR-T平台是一种双组分系统，它结合了（i）cp-Fab，通过重组融合或化学编程展示一种肽标签；（ii）通用的惰性CAR-T，可结合这种肽标签（图1）。CAR-T和cp-Fab是分开给送的，有效地构成了一种固有的开启/关闭开关。
cp-Fab是基于催化抗体h38C2构建出来的，这种催化抗体在它的11埃深的活性位点底部容纳着一个未质子化的赖氨酸（Lys）残基。这个Lys的独特反应性可用于与含有1,3-二酮或β-内酰胺的小分子进行位点特异性偶联。在化学编程抗体中，h38C2作为不变的生物组分，可与靶向细胞表面受体的小分子结合位点的可变化学组分共价结合。
这些作者建立了两种不同类型的cp-Fab。在第一种cp-Fab中，将一个非免疫原性的源自酵母转录因子GCN4的短肽（NYHLENEVARLKKL，下称GCN4肽）重组融合到h38C2 Fab支架的重链（HC）和轻链（LC）的C端（CT）或N端（NT）。根据这种肽标签的位置，将这些标记的Fab称为HCCT、HCNT、LCCT和LCNT（图1a）。第二种cp-Fab使用未标记的或者说野生型的h38C2 Fab支架，通过化学编程获得招募CAR-T细胞所需的GCN4肽。
图2.靶向FOLR1的化合物的结构。图片来自Angewandte Chemie, 2020, doi:10.1002/anie.202005432。
三官能团β-内酰胺-生物素-叶酸化合物1（图2a）用于对这四种标记的Fab进行化学编程。β-内酰胺基团介导半抗原驱动的高效和选择性地共价偶联到h38C2活性位点的反应性Lys上。生物素基团使得检测成为可能。叶酸基团介导FOLR1结合。流式细胞仪分析显示，两种在C末端携带肽标签的cp-Fab（HCCT_1和LCCT_1）结合表达FOLR1的人卵巢癌细胞IGROV-1和SKOV-3。相比之下，对应的未经过化学编程的Fab并不能结合这两种癌细胞。重要的是，实验证实共价偶联的化合物1并不干扰cp-Fab/CAR-T相互作用。WT Fab_2、WT Fab_3、WT Fab_4和WT Fab_5均与CAR-T细胞以及IGROV-1和SKOV-3细胞结合，而未经过化学编程的WT Fab不与其中的任何一种细胞结合。
为了研究cp-Fab/CAR-T系统在体内的活性，他们使用人卵巢癌的小鼠模型。这种小鼠模型是通过将经过萤火虫荧光素酶编码基因转染的IGROV-1细胞腹膜内注射到NSG小鼠中而构建出的。不论是在体内，还是在体外，这种靶向细胞表面受体叶酸结合位点的cp-Fab/CAR-T系统能够特异性地和强效地清除表达FOLR1的癌细胞。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Junpeng Qi et al. Chemically Programmable and Switchable CAR‐T Therapy. Angewandte Chemie, 2020, doi:10.1002/anie.202005432.
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