通過抓鍵工程化提高T細胞受體敏感性

據(jù)Zhao X 2022年4月8日[Science，2022，376（6589）：eabl5285-eabl5282.]報道，美國斯坦福大學和猶他大學等研究機構的研究人員提出需要一種替代親和力成熟的策略來賦予臨床上有用的高效力但低親和力的T細胞受體（TCR）[即三維結合親和力（KD）約為5～50μmol/L]敏感性。

控制T細胞抗原特異性，并在識別肽-主要組織相容性復合體（peptide-major histocompatibility complex，pMHC）時幫助確定反應敏感性。在免疫療法中，與腫瘤抗原發(fā)生反應的TCR用于過繼性細胞療法（ACT）中根除腫瘤，但大多數(shù)內源性腫瘤特異性TCR引起的功能反應很弱。為了克服這一限制，腫瘤反應性TCR經(jīng)歷親和力成熟，以提高其殺傷力。然而，高親和力的TCR在臨床試驗中可表現(xiàn)出脫靶毒性，這表明需要新的治療方法。工程化TCR顯示對腫瘤靶標的高效力，同時保留較低的生理親和力，有可能提高T細胞療法的療效，而不增加脫靶副作用的風險。抓鍵（catch bond）在不斷增加的作用力下延長了蛋白之間的結合壽命，從而在pMHC接觸時觸發(fā)TCR激活。然而，抓鍵是否可以被設計來提高TCR的效力，以及這類TCR是否會保留其天然的特異性和親和力，目前還不清楚。

在一項新的研究中，研究人員設計了一種稱為“抓鍵搜尋（catch bond fishing）”的工程化策略，它依賴于一種功能選擇來招募反應性差的TCR和pMHC之間的抓鍵。他們推測，通過將某些TCR殘基突變成由帶電荷或極性氨基酸組成的小文庫，然后篩選高效力、低親和力的TCR變體，可以獲得新的抓鍵。

研究人員首先將這一工程化策略應用于HIV肽特異性人類TCR（TCR55），TCR55以生理上的三維結合親和力結合人類淋巴細胞抗原B35（HLA-B35）-HIV復合物，但由于在細胞上明顯缺乏抓鍵的形成，正如生物膜力探針（biomembrane force probe，BFP）所測量的那樣，未能激活下游的信號傳導。它們的功能選擇分離出了CD69高表達和pMHC四聚體染色低的T細胞，從而富集了在低親和力下觸發(fā)的抓鍵工程化TCR（即獲得抓鍵的工程化TCR）。TCR55的α和β鏈上的單個氨基酸位置是抓鍵熱點，在這些位置上的幾個氨基酸替換導致強大的信號傳導，盡管保留了生理上的三維結合親和力。根據(jù)細胞上的BFP檢測，這些具有信號傳導活性的TCR變體獲得了抓鍵，它們較長的結合壽命與信號強度相關。

研究人員接下來將這種抓鍵工程化策略應用于黑色素瘤抗原MAGE-A3特異性TCR。這種TCR的親和力成熟版本TCRA3A，以前曾被用于臨床試驗，由于HLA-A2呈現(xiàn)來自心血管組織衍生的TITIN分子的肽而引起的脫靶毒性，導致患者死亡。他們分離出幾個高效力、低親和力的親本TCR變體，它們能以生理親和力（KD為大約10～50μmol/L）促進殺傷MAGE-A3陽性的癌細胞系。此外，這些抓鍵工程化TCR變體與表達TITIN肽的細胞沒有明顯的交叉反應。他們使用一個酵母展示的HLA-A1肽文庫來篩選抓鍵工程化TCR變體的交叉反應性。結果發(fā)現(xiàn)，預測的人類自我抗原的交叉反應性與它們的親和力成熟的TCR-A3A對應物相比，可忽略不計。

研究人員發(fā)現(xiàn)TCR和pMHC之間的抓鍵獲得是一種可工程化的參數(shù)，可以直接提高TCR的敏感性，而對三維結合親和力影響不大。此外，TCR的敏感性可以通過不同水平的峰值結合壽命進行精確的微調。對臨床上有用的、腫瘤反應性的TCR進行抓鍵工程化是一個替代親和力成熟的可行方案，可以產(chǎn)生高效力、低親和力的TCR，從而減少免疫治療中脫靶毒性的可能性。