尽管嵌合抗原受体（CAR）为基础的治疗方法取得了相当大的进展，实体瘤的治疗并未从这尖端的技术受益。与B细胞恶性肿瘤相比，实体瘤更带来了一系列不同的挑战，包括肿瘤抗原的异质性表达。研究人员虽然已经探索了针对与实体瘤相关的不同抗原，并取得了一些成功，但抗原逃逸仍然会降低这些疗法的疗效。
除了抗原特异性之外，另一个可能影响疗效的是CAR和抗原的结合强度。CAR分子外部，包括CAR T细胞和CAR自然杀伤（NK）细胞，能识别癌细胞上的抗原，形成分子和抗原复合体，称为免疫突触。免疫突触能激发CAR免疫细胞中的抗原依赖性信号通路，并杀死癌细胞。然而，传统CAR分子与抗原形成的突触是无序和低效的。相较于T细胞超分子激活簇（SMAC）免疫突触，传统CAR分子需要更高的抗原来启动下游信号传导并激活效应细胞。
庆幸的是，研究人员发现CAR分子是可以通过改造来增强结合的强度。“锚定域”是蛋白质中有助于稳定突触的部分。这有可能被利用来改善CARs和其抗原之间的联系，从而产生更强的下游信号并提高疗效。通过使用PhenomeX家族的单细胞功能蛋白质组学平台，研究人员能够确定细胞功能的特征，并显示新的修饰如何影响功能细胞的分泌。
利用PhenomeX单细胞蛋白质组学鉴定新的CAR修饰的特征
今年二月，美国圣裘德儿童研究医院的Peter J. Chockley和他的团队发表在《Nature Biotechnology》的文献研究了在CAR NK细胞中用于识别肿瘤抗原的关键蛋白上添加一个分子锚，如何加强CAR NK的细胞疗效1。他们重点关注CRTAM的PDZ结合模体（PDZbms）。这不单因为大约有400个蛋白质含有PDZ结构域，而且PDZbms有助于突触的形成。至于CRTAM蛋白以前被证明在NK细胞的肿瘤免疫监视中起作用。Chockley和团队将研究重点放在NK细胞上，因为：
- 它们具有先天的杀伤肿瘤细胞的能力并含有比T细胞多5到7倍的细胞颗粒
- NK 细胞不会引起移植物抗宿主病
- 除了CAR NK抗原识别轴之外，NK细胞采用了多种靶向模式，因而降低肿瘤细胞躲避攻击的能力
他们改造了四种CAR：典型CAR NK细胞（CAR NK），CAR改造NK细胞（CAR.PDZ NK），及非功能性对照CAR（CARΔ NK），并以两种不同的肿瘤相关抗原–EphA2和B7-H3为目标，并进行了测试，以确定结合是否增强，以及这是否增加了NK细胞的活性。被称为CAR.PDZ的改良NK细胞首先被证明跟对照细胞相比与目标抗原的结合更强。作者认为这建议它更有力地激活了下游的信号通路。
为了了解这对功能的影响，研究人员使用PhenomeX的IsoCode单细胞蛋白分泌组平台对新型CAR-NK细胞进行功能表型。当作者比较多功能性细胞（分泌两种或更多细胞因子的细胞）百分比时，与CAR、CARΔ和未修改的NK细胞相比，发现CAR.PDZ NK细胞的多功能细胞百分比最高。接下来，研究人员评估了单细胞多功能强度指数（PSI），即将多功能性百分比与被测量的每个单独蛋白质的数量相结合。与其他组相比，CAR.PDZ NK细胞的PSI明显更高，其中效应蛋白对PSI的贡献最大。研究人员还细分了各组蛋白质的分泌频率，发现与典型的CAR-NK细胞相比，CAR.PDZ NK细胞中分泌穿孔蛋白和分泌干扰素的细胞有所增加。这些结果与作者之前观察到的信号通路的变化相一致，提供了更多关于结合力增强的CAR-NK细胞功能改善的机制的信息。
值得一提的是，作者也从IsoSpeak软件自动绘制的t-SNE图看到细胞因子（GM-CSF、IFNγ、IL-8和TNFα）、趋化因子（MCP-1、MIP-1α和MIP-1β）和细胞溶解颗粒的分子（颗粒酶B和穿孔蛋白）的信号强度。他们得以清楚了解到CAR.PDZ细胞与其他NK细胞群相比，是独特的。
在充分描述了改性NK细胞的特征后，作者还探讨了改进的CAR结合如何改变T细胞的功能。与NK细胞一样，CAR.PDZ T细胞在用单细胞功能表型进行评估时显示出功能的改善。改良后的CAR在体外和体内研究中也提高了细胞毒性活性，改善了动物模型的结果和生存。
使用单细胞功能表型来评估新疗法
通过使用PhenomeX的单细胞多功能分析技术，研究人员可以轻松评估新改造产品如何影响免疫细胞的活性，从而获得对细胞功能的独特见解。多重功能性和PSI都被证明可以预测体内活性和临床结果，使它们成为细胞表征的强大指标。利用PhenomeX的单细胞功能表型，研究人员获得关于免疫细胞功能的可改造的见解，从而指导开发更有效的疗法并改善临床结果。
参考文献：
- 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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