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靶向肿瘤细胞受体的嵌合抗原受体（CAR）T细胞在胶质母细胞瘤患者中取得了有限的成功。2024年10月17日，西湖大学谢琦、曹龙兴共同通讯在Nature Biomedical Engineering（IF=26.8）在线发表题为“Targeting overexpressed antigens in glioblastoma via CAR T cells with computationally designed high-affinity protein binders”的研究论文，该研究利用计算设计的高亲和力蛋白结合物，通过CAR-T细胞靶向胶质母细胞瘤中过表达的抗原。在这里，研究人员报告了利用蛋白质结合物重新计算设计的CAR结构的发展和治疗性能，这些蛋白质结合物对表皮生长因子受体（EGFR）或肿瘤相关抗原CD276具有高亲和力，这些抗原在胶质母细胞瘤中过表达。对于使用抗体来源的单链可变片段作为抗原结合域的CAR-T细胞，设计的CAR-T细胞上的结合物促进了细胞的增殖、细胞毒性细胞因子的分泌和细胞衰竭的抵抗，并提高了体外和体内的抗肿瘤性能。此外，细胞的体积和单细胞转录谱表明，含有这种结合物的CARs具有更高的表面表达和更强的降解抗性。特异性肿瘤抗原结合域的重新设计可能会增强CAR-T细胞治疗其他实体癌症的抗肿瘤功效。胶质母细胞瘤是最具侵袭性和致命性的癌症之一，尽管采用了包括手术切除、化疗和放疗在内的强效治疗，但其中位生存时间约为15个月。胶质母细胞瘤被认为是一种免疫冷肿瘤，很少有T细胞浸润，这限制了免疫检查点阻断治疗的效果。然而，过继性T细胞转移疗法，特别是嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法，已经显示出一些临床反应的早期证据，尽管总体结果仍然不令人满意。随着第四代CAR的构建，人们已经做出了大量的努力来改进CAR的设计，但大多数都只关注细胞内信号传导域。最近，研究证明了高通量CRISPR筛选和基于CRISPR的基因编辑技术的结合增强了CAR的抗肿瘤功效。然而，对细胞外抗原结合结构域的改进很少，绝大多数CAR构建使用来自单克隆抗体的单链片段变量（scFv）。scFv通过短连接肽融合抗体重链（VH）和轻链（VL）的可变区。然而，VH和VL的低折叠稳定性导致scFv聚集或错误折叠，这可能会减弱靶效应并导致CAR-T细胞的早期衰竭。EGFR结合物CAR-T细胞能够杀伤胶质母细胞瘤细胞
（图源自Nature Biomedical Engineering）
计算蛋白设计的最新进展使得具有预定义靶向位点和结合配置的蛋白质结合物能够执行所需的功能。这种全新的粘合剂可以完全在硅上设计，具有原子精度，并且它们对目标具有特异性结合，具有低纳摩尔到皮摩尔的亲和力。由于其独特的生化和热力学特性：小尺寸、高溶解度、极高的稳定性和高可工程化性，新型粘合剂可以克服天然蛋白质衍生粘合剂（如scFv）固有的许多生化限制。因此，设计的结合物提供了一种产生基于蛋白质的治疗方法，一些例子包括从头设计的小摩尔SARS-CoV-2病毒抑制剂、细胞因子模拟物和细胞信号调节剂。在此，作者开发了一种CAR-T细胞疗法，使用一种全新设计的粘合剂（DNDB）代替典型的scFv来靶向肿瘤细胞表面抗原。DNDB-CAR-T细胞在体外和体内均表现出更好的抗肿瘤功效。综上所述，该研究结果确定了一种设计CAR-T细胞细胞外抗原结合域的新方法，具有精确的结合结构和高亲和力，为CAR-T细胞治疗提供了潜在的治疗益处。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41551-024-01258-8
