2021-11-12

Nature | 靶向多肽的CAR-T突破传统限制

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费城儿童医院（CHOP）的研究人员开发了一种新的方法来靶向癌细胞内对肿瘤生长和存活至关重要的蛋白质，他们声称这是治疗侵袭性实体癌的一项突破。通过利用大数据集和先进的计算方法，研究人员确定了存在于肿瘤细胞表面的肽，这些肽可以被“以肽为中心”的嵌合抗原受体（PC-CARs）靶向。PC-CARs是一类新的工程化T细胞，可刺激免疫反应，从而根除肿瘤。试验表明，靶向PC-CAR的神经母细胞瘤肽完全并选择性地消除了小鼠的神经母细胞瘤。

科学家们认为，他们的发现可能为使用免疫疗法治疗更广泛的肿瘤类型以及在更大比例的人群中应用每种疗法开辟新的机会。该技术的临床试验预计将在2023年初完成。“这项研究非常令人兴奋，因为它提高了靶向非常特异的肿瘤分子的可能性，扩大了可以用免疫疗法治疗的癌症和可以受益的患者群体。”儿科肿瘤学家、CHOP神经母细胞瘤研究的Giulio D'Angio主席、John M. Maris医学博士的实验室的研究员Mark Yarmarkovich博士说，“通过使用多组学方法，我们能够识别神经母细胞瘤肿瘤的特异性肽，但这种方法可以用于任何癌症，从而为癌症治疗提供更加个性化的方法。”

Yarmarkovich是该团队在《Nature》杂志上发表的论文的第一作者，也是Maris资深作者，该论文的标题为“Cross-HLA targeting of intracellular oncoproteins with peptide-centric CARs”。作者在该论文中总结道，“我们期望，这里介绍的方法将有助于在其他具有高度未满足需求的人类癌症中发现肿瘤特异性靶点……”

基于CAR T细胞的癌症免疫疗法的发展代表了白血病治疗的突破，但这种治疗方法在对抗实体瘤方面尚未取得重大进展。这至少部分是由于缺乏肿瘤特异性靶点。在这些类型的癌症中，大多数负责肿瘤生长和存活的蛋白质位于肿瘤细胞的细胞核中，而不是在细胞表面，在那里它们通常可以被CAR T细胞接触到。

相反，这些蛋白质的片段可能通过主要组织相容性复合体（MHC）上的肽呈现在肿瘤细胞表面，MHC进化为将病毒和细菌肽呈递给免疫系统。如果MHC上呈现的癌细胞细胞内蛋白是突变肽，那么它们可能会被识别为外来物。“大多数癌症驱动蛋白存在于细胞的细胞质或细胞核中，只有通过在主要组织相容性复合体（MHC）上呈现肽才能进入免疫系统。”研究小组指出，“T细胞将突变衍生的pMHC新抗原识别为非自身抗原，是通过免疫检查点阻断和肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）过继转移实现完全缓解的治疗反应的基础。”然而，所有儿童癌症和许多成人恶性肿瘤很少发生突变。相反，它们是由其他因素驱动的，例如失调的发育途径。

神经母细胞瘤是一种具有爆炸性侵袭性的儿童癌症，其驱动因素是基因表达的改变，从而促进不受控制的肿瘤生长。“神经母细胞瘤是一种几乎没有突变，而是由表观遗传失调的转录网络驱动的儿科癌症。”研究小组解释说。

从历史上看，神经母细胞瘤一直采用化疗、外科手术和放射疗法进行治疗，但患者往往会因化疗耐药而复发。此外，肿瘤的低突变负担，加上其低MHC表达，使得免疫治疗难以靶向。“这些肿瘤的突变负荷和MHC表达较低，使得神经母细胞瘤成为MHC免疫疗法的一个具有挑战性的靶向肿瘤，也是解决目前阻碍癌症免疫疗法更广泛发展的主要问题的理想模型。”作者继续说道。

尽管存在这些障碍，研究人员假设，神经母细胞瘤肿瘤细胞表面的一些肽来自于对肿瘤生长和存活至关重要的蛋白质，并且可以被合成的CAR靶向。“我们假设免疫肽组的一个子集由来自必需癌蛋白的肿瘤特异性肽组成，并且可以使用合成的以肽为中心的CAR（PC-CAR）靶向这些肽。”

这种PC-CAR将允许直接靶向和杀死肿瘤细胞。挑战在于将肿瘤特异性肽与其他外观相似的肽或存在于正常组织中的肽区分开来，以避免交叉反应和致命毒性。为此，研究人员从神经母细胞瘤细胞中剥离MHC分子，并确定存在哪些肽及其丰度。

他们利用Maris实验室生成的一个大型基因组数据集来确定哪些肽是神经母细胞瘤特有的，而不是在正常组织中表达的。然后，研究小组优先考虑了从肿瘤关键基因中提取的具有参与免疫系统所需特征的肽。为了清除任何可能与正常组织有交叉反应的潜在抗原，研究人员根据正常组织上的MHC肽数据库过滤剩余的肿瘤肽，去除了任何在正常组织中具有母体基因的肽。

使用这种多组学方法，研究人员确定了一种源自PHOX2B的未突变神经母细胞瘤肽，PHOX2B是一种神经母细胞瘤依赖性基因和转录调节因子，此前已在CHOP上鉴定和表征。然后，该团队与抗体发现公司Myrio Therapeutics合作，开发了专门识别这种肽的PC-CAR，该肽占肽MHC复合物的2%–3%。随后的实验证实，由此产生的PC-CAR可以识别不同HLA类型上的肿瘤特异性肽，这表明如果用作治疗，它们可能适用于不同遗传谱系的患者。

将研究更进一步，该团队在携带神经母细胞瘤的小鼠中测试了PC-CAR，发现这种治疗可以完全和有针对性地消除它们的神经母细胞瘤。Maris说：“我们对这项工作感到兴奋，因为它使我们现在能够追踪过去被认为是‘不可治愈’的基本癌症驱动因素。我们认为PC-CARS有潜力极大地扩大免疫治疗的范围，并显著扩大符合条件的患者群体。由于我们通过CHOP的细胞和基因治疗合作项目获得了加速拨款，我们将于2022年底或2023年初在CHOP进行PHOX2B PC-CAR临床试验。”

作者在论文中总结道：“这些方法产生了PC-CAR，可以在神经母细胞瘤的多个HLA等位基因中诱导有效的肿瘤杀伤，并为解决细胞内癌蛋白治疗靶向性的主要挑战提供了路线图。这些数据表明，以肽为中心的CAR有可能极大地扩大免疫治疗的范围，包括非免疫原性细胞内癌蛋白，并通过打破传统的HLA限制来扩大将从此类治疗中受益的患者群体。”