Nature｜癌症免疫治疗的新思路：以肽段为中心的嵌合抗原受体
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大多数致癌驱动因子都是胞内蛋白。因此，靶向它们的免疫治疗依赖于人类白细胞抗原(HLA)所呈递的抗原肽1。然而，大多数癌症具有适中的突变负荷，对新抗原疗法的响应较差2,3。基于嵌合抗原受体（CAR）T 细胞的免疫疗法已在血液瘤治疗中得到广泛应用，但在实体瘤中的应用往往受到缺乏肿瘤特异性膜蛋白的限制。同时，基于抗体单链可变区片段（scFv）的 CAR还面临MHC呈递的抗原肽占胞外pMHC分子表面比例小、交叉反应带来的毒性等挑战4,5。
神经母细胞瘤是一种来源于发育中交感神经系统组织的儿童癌症6，由表观遗传失调的转录网络所驱动，突变负荷和MHC表达都很低7,8。核心调控回路（CRC）转录因子参与维持细胞命运、代谢、迁移以及表观遗传状态等过程，其在神经母细胞瘤中会被异常激活，而在正常神经组织中会被沉默9。因此，神经母细胞瘤既是一种具有挑战性的肿瘤，同时也可以进一步发展和应用基于 MHC的免疫疗法。
2023年11月8日，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的John M. Maris教授与费城儿童医院的Mark Yarmarkovich助理教授团队在Nature上发表题为“Targeting of intracellular oncoproteins with peptide-centric CARs”的研究性论文。该研究通过一系列癌抗原肽段筛选鉴定到了靶向神经母细胞瘤关键转录调控因子PHOX2B的多肽QYNPIRTTF以及能与之特异性结合的scFV，进而设计了以肽段为中心的CAR（PC-CAR）。体外以及体内实验证明了该 PC-CARs能够高效清除神经母细胞瘤细胞，从而为靶向细胞内原癌蛋白的免疫治疗提供了一种新思路。
首先，作者对8个神经母细胞瘤细胞来源的异种移植物（CDX）、患者来源的异种移植物（PDX）以及高危诊断性神经母细胞瘤原发肿瘤进行了免疫肽组检测（图1a-c），并经过一系列优先级排序后，确定了6条分别来自CHRNA3、GFRA2、HMX1、IGFBPL1,、PHOX2B 和TH的肽段进行下一步研究（图1d-e）。PHOX2B蛋白是一种关键的CRC蛋白，同时其也是神经母细胞瘤中特异性表达的基因之一10，其仅在胎儿发育过程中表达，而在出生后的正常组织中完全沉默，因此可作为肿瘤免疫治疗的理想靶标（图1e-h）。因此，接下来作者重点靶向来自PHOX2B与HLA-A*24:02结合的未突变肽QYNPIRTTF。
图1 通过一系列筛选与优化过程确定PHOX2B作为免疫治疗靶点
由于缺乏高亲和力的 TCR，作者接下来试图开发以抗体单链可变区片段（scFv）为基础的 CAR。利用Retained Display (ReD) 系统蛋白展示平台，结合scFv库通过流式细胞术作者筛选出了一些与pMHC有较高特异性结合力的scFV（图2a）。同时为了避免筛选结果的交叉反应性，作者开发了一套sCRAP算法，预测潜在交叉反应肽，并最终选择了具有最高特异性的10LH（图2b-d）。该PC-CAR只对表达PHOX2B的结肠癌细胞具有杀伤作用，并不靶向交叉反应肽（图2e）。然后，研究者对10LH CAR进行了丙氨酸扫描，结果显示PC-CAR受体与PHOX2B肽段的7个非锚定残基中的5个存在显著的相互作用，包括从MHC间隙突出的关键残基，表明其特异性与选择性更强(图2f-h）。
图2 设计pMHC 特异 CARs
通过计算建模，研究人员还发现PHOX2B PC-CAR可以识别HLA-A*23：01和HLA-A*24：02所呈递的多肽（图3）。HLA-A*23:01 是非洲血统人群中最常见的非A2等位基因，HLA-A*23:01的识别扩大了PC-CAR的潜在治疗对象以及临床应用价值。
图3 PC-CARs与表达在多种HLA上PHOX2B多肽特异性结合的结构基础
最后，作者验证了PC-CAR T疗法的有效性。体外实验表明在给药24小时后，10LH就能完全清除由HLA-A*23：01和HLA-A*24：02呈递PHOX2B的神经母细胞瘤细胞系，并有效刺激INFγ的分泌（图 4a-c），但不会清除不表达PHOX2B的细胞系（图 4d-f）。在患者来源的异种移植的小鼠实验中，10LH也能够有效的清除携带HLA-A*02：01和HLA-A*24：02的小鼠体内的肿瘤（图 4g-h）。
图4 PHOX2B特异性PC-CAR T细胞能够在体内和体外诱导有效的肿瘤杀伤
综上所述，作者筛选并鉴定了源自非突变型肿瘤蛋白的特异性抗原，并以此构建了以肽段为中心的PC-CAR，且体外以及体内实验证明其能够高效特异性地清除神经母细胞瘤。该方法为靶向细胞内原癌蛋白的免疫治疗提供了一种新思路，为新抗原以及自身抗原提供了更为广泛的HLA基因型人群覆盖范围。
供稿 | 娄鑫垚
审稿 | 丛野
责编 | 囡囡
排版 | 可洲
微信号：FRCBS-THU
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原文链接
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06706-0
参考文献
参考文献
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3. Leko, V. & Rosenberg, S. A. Identifying and targeting human tumor antigens for T cell-based immunotherapy of solid tumors. Cancer Cell 38, 454–472 (2020).
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5. Linette, G. P. et al. Cardiovascular toxicity and titin cross-reactivity of affinity-enhanced T cells in myeloma and melanoma. Blood 122, 863–871 (2013).
6. Matthay, K. K. et al. Neuroblastoma. Nat. Rev. Dis. Primers 2, 16078 (2016).
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