武汉大学张先正教授团队：重塑肿瘤细胞膜促进CAR-T细胞抑制实体瘤

异质性是CAR-T疗法成功治疗实体瘤的主要障碍。复杂的肿瘤微环境和不同表型的肿瘤细胞可能会导致抗原逃逸、耐药性和肿瘤复发。为解决这一问题，武汉大学张先正教授团队提出使用长链脂肪酸修饰的异硫氰酸荧光素（Lip-FITC）作为人工配体，使实体瘤细胞的表型正常化。在更倾向于利用外源性长链脂肪酸的小鼠皮肤黑色素瘤和结肠腺癌中，团队观察到肿瘤细胞膜对Lip-FITC的摄取量和FITC荧光显著高于正常细胞。这种特异性外源FITC标记增强了CAR-T细胞在实体瘤中的识别性和选择性，绕过了常规CAR-T细胞疗法中抗原表达差异所带来的限制。脂质代谢分析和体外实验表明，实体瘤细胞能充分吸收长链脂肪酸（LCFAs）修饰的Lip-FITC，配体在细胞膜上的装配效果也达到预期水平。在实体瘤模型中，这一治疗策略诱导了CAR-T细胞的识别和启动，并成功抑制了肿瘤的进展。

嵌合抗原受体（CAR）-T细胞疗法被认为是最有前途的抗肿瘤疗法，尤其对血液恶性肿瘤疗效显著。然而，大多数实体瘤通常是异质性的，表面抗原分布不均、表达量低且特异性差。因此，在实体瘤的临床治疗中，最具成本效益和疗效的单抗原CAR-T疗法受到了反应率极低、抗原逃逸和复发等问题的限制。一般来说，可识别的肿瘤抗原主要位于细胞膜上，因此人工修饰细胞膜有助于克服实体瘤中广泛存在的异质性。一般来说，细胞膜的成分主要是由不饱和脂肪酸（USFAs）衍生的磷脂，而脂质代谢在肿瘤细胞的发育过程中至关重要。与正常细胞相比，肿瘤细胞新陈代谢旺盛，分裂迅速，对细胞膜成分的需求量很大。然而，实体瘤缺氧的肿瘤微环境严重抑制了从头合成USFAs的关键限速酶SCD1的活性，导致细胞膜合成原料供应不足。由于脂质代谢异常，许多肿瘤细胞代偿性地改变了脂肪酸的供应。实体瘤细胞更倾向于从周围环境中获取“现成”的长链脂肪酸（LCFA），而不是自发合成的短链脂肪酸（SCFA）。作为自然界中将生物大分子（蛋白质、多糖等）引入细胞膜的一种常见机制，特定分子的脂化可以大大增加细胞膜上生物大分子的含量。在生物大分子的脂化过程中，脂质基团也能提高其亲水性，使生物大分子与膜结构的亲和力增强，进一步影响其在细胞内的分布。

最近，武汉大学张先正教授等合成了长链脂肪酸修饰的异硫氰酸荧光素（Lip-FITC）作为人工配体，在更倾向于利用外源性长链脂肪酸的小鼠皮肤黑色素瘤和结肠腺癌中使实体瘤细胞的表型归一化，这种特异性外源FITC标记增强了CAR-T细胞在实体瘤中的识别性和选择性，绕过了常规CAR-T细胞疗法中抗原表达差异所带来的限制。在Science China Chemistry上发表了题为“Tumor Cell Membrane Remodeling with Universal Ligand for CAR-T Cells to Inhibit Solid Tumors”的文章。

团队利用肿瘤细胞对LCFAs的摄取和转运行为，为实体瘤提供脂质修饰的人工CAR-T配体，用于构建新的肿瘤细胞膜，并进一步显示在膜表面，供体外构建的通用CAR-T细胞识别。作为一种异硫氰酸盐修饰的外源荧光素，FITC已被用作稳定的荧光示踪剂和CAR-T开关，具有很高的荧光量子产率。由于其抗体基因序列已被广泛研究和报道，FITC经脂肪酸修饰后被选为肿瘤细胞膜重塑的人工配体。作为概念验证，本文将FITC作为目标人工配体，并与不饱和棕榈酸（PA）结合，得到脂质修饰的FITC（Lip-FITC）。通过数据库分析和实验探索，筛选出了包括CT-26细胞和B16细胞在内的对长链脂肪酸有较高转运效率和需求的肿瘤细胞系。脂质代谢分析和体外实验验证了Lip-FITC在膜上的运输和显示。体内抗肿瘤治疗证明，Lip-FITC 能显著提高抗肿瘤效率和后期免疫反应。这种策略依赖于肿瘤细胞对脂肪酸的自发吸收，将不同表型肿瘤细胞的抗原一致化，有助于提高CAR-T细胞治疗实体瘤的普遍性和有效性。

图1. (a) Lip-FITC合成示意图。(b) CAR-FITC-T细胞识别并杀死摄入Lip-FITC的肿瘤细胞示意图。(c)不同细胞系中SCD1、CD36和FATP4的相对表达。(d,e,f）不同细胞系中FITC在细胞膜上的绿色荧光分布、明场和荧光强度变化。(g) Lip-FITC处理前后不同细胞系的膜上荧光强度的定量。(h)对不同细胞系使用多种抑制剂处理前后其细胞膜上的荧光强度定量

论文共同第一作者为武汉大学化学与分子科学学院博士后樊锦轩和武汉大学中南医院博士研究生胡中保，共同通讯作者为武汉大学化学与分子科学学院张先正教授和武汉大学中南医院喻爱喜教授。详见：Jin-Xuan Fan^†, Zhong-Bao Hu^†, Hui-Yun Gu, Wen-Qiang Qu, Wen Li, Bai-Wen Qi, Ai-Xi Yu*, Xian-Zheng Zhang*. Tumor cell membrane remodeling with universal ligand for CAR-T cells to inhibit solid tumors. Sci. China Chem., 2023, doi: 10.1007/s11426-023-1796-0.

扫描二维码或点击左下角“阅读原文”可查阅全文。

【扩展阅读】