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专家点评Cell | 陈鹏/席建忠/康晓征/李颜/林坚合作开发“多细胞招募”的生物正交嵌合体，靶向实体瘤免疫微环境

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-11-06 00:01

正文

点评 | 郭子建（中国科学院院士）、邓宏魁（北京大学）

免疫疗法通过激活人体免疫系统杀伤肿瘤，为彻底治愈癌症带来曙光。当前获批的大部分免疫疗法在血液瘤中效果显著，然而在实体瘤中响应率低、治疗效果差。其主要原因在于实体瘤存在复杂且高度异质的肿瘤免疫微环境，多种类型免疫细胞协同影响免疫治疗效果。理想条件下，开发出能同时调动多种免疫细胞的治疗策略，将最大程度激活免疫，提高实体瘤治疗效果。

传统免疫疗法如免疫检查点抑制剂、过继性细胞疗法等，大多只针对单一类型的免疫细胞发挥作用。双/多特异性抗体能同时结合多个靶标，因此为同时靶向不同种类免疫细胞提供了可能。但迄今为止，大部分双/多特异性抗体实际上只能招募一种免疫细胞（如T或NK细胞）。因此，开发一种能够同时招募多种免疫细胞对抗肿瘤的方法仍然未被满足，而这对于推动免疫治疗的发展尤为关键。

2024年11月5日，北京大学陈鹏教授团队与国内多位交叉学科合作者（北京大学席建忠教授，中国医学科学院肿瘤医院康晓征教授，南京大学李颜教授，北京大学第三医院林坚研究员）在Cell杂志在线发表了题为Multimodal targeting chimeras enable integrated immunotherapy leveraging tumor-immune microenvironment的研究论文。该论文系统发展了一种生物正交嵌合体平台，利用其构建的多特异性生物正交偶联臂（T-Linker），完成三种不同药物模块的特异-高效整合，形成生物正交嵌合体（Multi-TAC）,实现实体瘤微环境中多种免疫细胞的同时招募，显著促进了免疫治疗效果。

首先，作者通过筛选生物正交反应，获得了三种相互正交的高效偶联反应。基于这些反应，他们合成了一种多特异性生物正交偶联臂（T-Linker）。这一偶联臂T-Linker含有上述反应中的三种不同活性官能团，因此能同时偶联三种带有对应反应官能团的模块。为了展示该平台的通用性，他们利用T-Linker完成了两种纳米抗体和小分子化合物、核酸、多肽、蛋白等不同模块的偶联。此外，通过进一步整合树枝状连接子和可切割型连接子，他们还展示了T-Linker用于偶联不同比例的模块分子，以及原位释放模块分子的能力。该偶联平台具有模块化、位点特异、高效等特点，可以精准整合包括抗体在内的任意三种模块分子，以产生不同类型和用途的生物正交嵌合体Multi-TACs。

随后，作者尝试探究其构建的Multi-TAC分子能否用于招募多种免疫细胞，提高免疫治疗效果。肿瘤中T细胞和树突状细胞（DC）已被证明能协同促进抗肿瘤免疫，因此他们开发了EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC用于同时招募T细胞和DC靶向肿瘤。在体外研究中，他们证实EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC通过结合肿瘤细胞EGFR、T细胞CD3和DC细胞PDL1受体分子，实现T细胞-DC细胞的同时招募与肿瘤靶向。在多细胞培养体系，他们发现EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC通过促进“肿瘤细胞-T细胞-DC细胞”三者的物理相互作用，同时激活T细胞-DC细胞抗肿瘤免疫。具体地，他们发现EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC介导的肿瘤-T以及T -DC相互作用，能瞬时激活T细胞，释放穿孔素和颗粒酶，从而直接裂解肿瘤。而EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC介导的T-DC相互作用，能诱导DC成熟和活化，增加肿瘤抗原的提呈、激活抗原特异性T细胞并最终完成肿瘤特异性杀伤。

进一步，作者在三种不同人源化小鼠模型中测试了EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC的活体治疗效果。在人外周血单个核细胞（PBMC）重构的人源化小鼠模型中，EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC能明显抑制肿瘤生长，激活肿瘤组织内T细胞。在人CD34⁺造血干细胞（HSC）重构的人源化小鼠中，他们发现EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC能完全控制肿瘤生长，在激活肿瘤T细胞和DC的同时也重塑了肿瘤免疫微环境，提高了其他效应细胞如NK、NKT细胞的激活，降低了免疫抑制型Treg细胞的比例。在转基因人源化小鼠模型中，EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC几乎彻底消灭肿瘤，其不但激活了肿瘤内T细胞和DC，还最终诱导了小鼠体内肿瘤特异性免疫反应，这也显示出EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC的治疗能够引发抗肿瘤免疫记忆。

更进一步，作者在临床肿瘤病人组织来源的微肿瘤（PTC）类器官模型中评估了EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC的治疗效果。PTC是一种原代肿瘤模型，能在体外保持病人肿瘤组织的原始特征包括其免疫微环境，因此非常适合临床个性化药物的筛选。作者通过免疫荧光、流式细胞分析和ELISA等多种手段验证了EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC能激活肿瘤病人组织中的T细胞和DC细胞抑制PTC的生长。作者还将EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC与临床上广泛使用的PD1/PDL1免疫检查点抑制剂“K药”（帕博利珠单抗）进行了“头对头”的比较，结果发现在7例测试的肿瘤病人组织中有6例EGFR-CD3-PDL1效果明显优于“K药”。最终，作者总共测试了6种不同癌症类型，44例肿瘤病人样本。EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC的整体有效率为75%，而在大部分测试的非小细胞肺癌（NSCLC）样本中，EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC有效率高达86%，说明EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC具有临床治疗潜力。

除了上述EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC嵌合体，作者还构建了其他Multi-TAC分子用于同时招募更多类型的免疫细胞。作为具体展示例，他们构建和验证了EGFR-CD3-CD16 Multi-TAC，通过同时结合肿瘤EGFR、T细胞CD3和NK细胞CD16受体，实现了肿瘤靶向的T-NK细胞同时招募。他们还构建和研究了HER2-CD3-(IMDQ)₆ Multi-TAC，通过结合肿瘤HER2和T细胞CD3受体，在招募T细胞的同时，能够响应肿瘤还原性微环境，释放6分子TLR激动剂IMDQ，进而激活癌细胞周围的髓系免疫细胞。

综上所述，此项研究开发了一种高度模块化的生物正交嵌合体平台，该平台可精准整合多种药物模块，从而构建各种类型的多特异性生物正交嵌合体，用于同时招募T、DC、NK以及髓系免疫细胞等，靶向实体瘤免疫微环境。作为代表，EGFR-CD3-PDL1 Multi-TAC通过介导“肿瘤细胞-T细胞-DC细胞”三者的直接相互作用，同时激活了肿瘤组织中T细胞和DC，逆转肿瘤免疫微环境，最终诱导肿瘤特异性免疫响应。这项工作为肿瘤免疫治疗提供了一种全新的思路，同时为多细胞视角下复杂生命体系的机制研究和靶点验证提供了强大的技术工具。

北京大学陈鹏教授、席建忠教授，中国医学科学院肿瘤医院康晓征教授，南京大学李颜教授，北京大学第三医院林坚研究员为论文共同通讯。陈鹏课题组专职副研究员林锋博士为论文第一作者。陈鹏课题组方昊明、曹坤霞、郭玮明、秦珊、张宇萱、鲁承昊、李涵，席建忠课题组尹申意博士、于颍博士以及李颜课题组张子健、朱茹洁在该项工作实验中亦有重要贡献。

专家点评

郭子建（中国科学院院士，南京大学）

化学生物学的蓬勃发展催生了一系列用于生物学过程研究和临床药物研发的新工具、新技术。尤其是生物正交反应的发展，在生物分子标记、示踪、动态干预以及药物开发、递送、作用机制研究等方面都发挥了重要作用。因此2022年诺贝尔化学奖被授予了美国化学家Carolyn Bertozzi、丹麦化学家Morten Meldal 和美国化学家K. Barry Sharpless，以表彰他们“对点击化学和生物正交化学发展作出的贡献”。

此次陈鹏教授与合作者发表的研究论文，利用三种“相互正交”的化学反应，将任意药物分子进行精准组装，从而能够模块化、程序化、标准化地制备不同类型、不同尺寸、不同性质的“多特异性生物正交嵌合体”，用于在实体瘤内部原位招募多种免疫细胞。此外，该平台不仅可用于偶联各种类型的小分子和大分子，还能控制药物分子偶联比例，并通过可裂解型连接臂实现药物的原位释放，从而能够灵活地应用在各种场景当中。因此，该工作为生物正交化学在药物偶联领域的应用开拓了新的路径，并使生物正交反应进入了“组合化学”的新时代。

这项研究也拓展了生物正交化学在肿瘤免疫治疗领域的应用，具有潜在的临床价值。目前基于生物正交反应的抗体药物偶联物（ADCs）和小分子前药（Prodrugs）已经在临床实验中崭露头角，而在肿瘤免疫治疗中尚未得以应用。该工作所开发的生物正交嵌合体率先展示了同时招募多种免疫细胞的治疗策略，并且在体外多细胞培养体系、人源化动物模型和几十例临床肿瘤病人样本中展现出了良好的免疫激活和肿瘤杀伤能力，为肿瘤免疫治提供了新的方向。这一技术平台的发展和应用，将极大地促进了化学生物学与肿瘤免疫学的深度交叉融合。

专家点评

邓宏魁（北京大学）

“多细胞复杂系统”是高等生命体的重要特征之一，各种细胞的组成、动态变化以及它们之间的通讯和相互作用，共同构建了多细胞系统的“微环境”，并在生理和病理过程中发挥着至关重要的作用。动态解析和精准干预多细胞复杂体系是化学与生命科学、医学交叉研究的前沿热点，也是全球生物医药技术研发的核心领域。

肿瘤免疫微环境是典型的多细胞复杂体系，在该环境中肿瘤细胞、基质细胞和各种免疫细胞相互作用，调控肿瘤的发生发展。随着免疫疗法的深入，人们逐渐发现同时存在多种免疫细胞能够直接促进或者抑制肿瘤生长；此外多种免疫细胞之间也能协同影响免疫治疗的效果。有效的免疫治疗策略应当是同时调动多种免疫细胞亦或者改变肿瘤免疫微环境，而不仅仅是作用于某一类免疫细胞。

陈鹏课题组新发展的生物正交嵌合体，有效地实现了肿瘤免疫微环境中多种免疫细胞的同时招募。在研究论文当中，该课题组与合作者们展示了多种生物正交嵌合体用于T细胞-DC、T细胞-NK细胞以及T细胞-髓系免疫细胞的共同招募，并且在活体动物模型和临床肿瘤病人组织中证实了其作用机制和治疗效果。相较于传统“Y”型抗体药物而言，这种三角形的化学嵌合体空间结构更有利于同时作用于多个细胞。这种化学嵌合体也更为灵活，其既可以通过抗体结合的方式直接衔接三种细胞，也可以通过释放出多个有效载荷的方式来招募环境中的靶细胞。

除了作为一种肿瘤免疫疗法，这种化学嵌合体也可以作为一种研究工具用来精准干预多细胞之间的相互作用，通过联合临近标记技术、单细胞测序、蛋白质组学等，该嵌合体可以用来进一步揭示多细胞体系中细胞间通讯的分子机制及其调控原理，绘制多细胞微环境图谱。作为一种模块化、程序化的平台，该技术有望成为一种通用型工具，在干细胞发育、神经网络、心血管系统等多细胞体系的基础和转化研究中发挥作用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.016

制版人：十一

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