doi:10.3969/j.issn.1000鄄484X.2018.02.026
肿瘤抗原特异性TCR基因筛选淤
陈摇昭摇龚晨雨摇邵红伟摇张文峰
(广东药科大学生命科学与生物制药学院/广东省生物技术候选药物研究重点实验室,广州510006)
摇摇中图分类号摇R392郾11摇摇文献标志码摇A摇摇文章编号摇1000鄄484X(2018)02鄄0282鄄05
[摘摇要]摇抗原特异性T细胞受体修饰T细胞(TCR鄄T)的过继性疗法已成为肿瘤生物治疗的研究热点,成功获得肿瘤抗原特异性的TCR基因是肿瘤TCR鄄T细胞治疗的重要前提。本文将聚焦于基于多细胞RT鄄PCR扩增、基于单细胞RT鄄PCR扩增和基于TCR基因CDR3片段长度多态性分析等几个方面简要介绍肿瘤特异性TCR基因的筛选。
[关键词]摇T细胞受体;T细胞受体修饰的T细胞;肿瘤免疫治疗
Abriefintroductionofidentificationoftumorantigen鄄specificTCRgene
CHENZhao,GONGChen鄄Yu,SHAOHong鄄Wei,ZHANGWen鄄Feng郾GuangdongPharmaceuticalUniversity,GuangdongProvinceKeyLaboratoryforBiotechnologyDrugCandidates,SchoolofBiosciencesandBiopharmaceutics,Guangzhou510006,China
hotspotintumorbiotherapy郾Thegenerationofhigh鄄affinityTCRisasignificantpre鄄conditionforTCR鄄Ttherapy郾Inthisreview,we
[Keywords]摇TCR;TCR鄄T;Tumorimmunotherapy
[Abstract]摇AdoptivetherapywithTcellsmodifiedbytumorantigenspecificTcellreceptor(TCR)genebecomearesearch
polymorphismanalysis郾
focusontheidentificationoftumorantigen鄄specificTCRgenes,whichbasedonRT鄄PCR,singlecellRT鄄PCRandCDR3length
癌细胞和肿瘤组织[1]。过继性免疫细胞治疗
在激活人体免疫系统,希望依靠自身免疫机能杀灭
摇摇近年来,肿瘤的免疫治疗取得了巨大进展,其旨(Adoptivecellulartherapy,ACT)属于肿瘤免疫治疗的重要组成部分,其通过向患者回输在体外扩增的到抗肿瘤目的[2]。
自身或同种(特异性或非特异性)免疫细胞,从而达
中,能够赋予该T细胞肿瘤抗原的识别能力,经体外活化增殖后再转输入患者体内,可以发挥抗肿瘤地获得大量识别特定抗原的T细胞,经TCR基因修饰的T细胞被称为TCR鄄T,近年来TCR鄄T已经成为肿瘤免疫治疗中的研究热点,在临床实验中显示了良好的治疗效果。
利用TCR基因修饰T细胞的研究兴起于上世纪90年代末,其大致发展历程如图1所示。1999年,Clay等[4]首先在黑色素瘤模型上进行了相关的研究,表明利用外源TCR基因改造T细胞用于肿瘤的过继性移植治疗是可行的。2001年,Kessels等[5]通过肿瘤抗原识别的TCR基因修饰T细胞后回输小鼠体内,观察到明显的肿瘤消退,同时并未出现明显的自身免疫反应。2006年,Rosenberg等领导的研究团队在《科学》杂志发表了他们在黑色素瘤患者中进行的玉期临床试验结果[6],在对17例患者进行TCR鄄T细胞过继性回输治疗之后,有2例患者的瘤体发生了明显消退,有15例患者体内TCR鄄T细胞的比例在2个月后仍达10%以上,这是关于TCR鄄T疗法的首次临床试验。2009年,Johnson等[7]针对黑色素瘤患者进行了第二次临床试验,分离自患者功效[3]。因此利用TCR基因导入的方法可以方便
1摇肿瘤的TCR鄄T细胞治疗
面的一种受体分子,它特异性识别抗原提呈细胞上
T细胞受体(Tcellreceptor,TCR)是T细胞表
的抗原肽鄄MHC复合物,进而触发T细胞免疫应答。由于TCR分子决定着T细胞的抗原识别特异性,如果将肿瘤抗原特异性的TCR基因转入普通T细胞
淤本文为国家自然科学基金(31400149)、广东省科技计划项目2015A030310310)。
选的研究。
通讯作者及指导教师:张文峰,男,博士,副教授,硕士生导师,主要
从事肿瘤免疫治疗研究,E鄄mail:zwfsnowdream@126.com。
(2014A020212462)和广东省自然科学基金(2014A030313586,
作者简介:陈摇昭,男,在读硕士,主要从事肿瘤特异性TCR基因筛
Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.陈摇昭等摇肿瘤抗原特异性TCR基因筛选摇第2期·283·
的外周血T细胞经特异性识别黑色素瘤抗原30%,并且较第一次临床试验,此次T细胞表面TCR时间明显增加。
摇摇嵌合抗原受体修饰的T细胞治疗(ChimericMART鄄1的TCR基因修饰并回输后,响应率达到了
体的T细胞即可被激发荧光并通过流式分选,因此可以用来分离抗原特异性的单个T细胞克隆。大致流程为从肿瘤患者外周血分离出单核细胞,其中贴壁细胞利用集落刺激因子和IL鄄4刺激后,得到树突状细胞(Dendriticcells,DC),然后将合成的肿瘤抗原肽与其孵育获得负载抗原的成熟DC;上述非贴壁的T细胞经负载抗原DC多次刺激,诱导细胞毒性的T淋巴细胞(Cytotoxiclymphocyte,CTL);根据肿瘤患者的HLA类型,制备出相应的肿瘤抗原肽鄄MHC五聚体,然后利用流式细胞技术筛选出单个特异性的CTL。最后通过体外扩增单个特异性CTL得其特异性TCR基因。
特异性识别肿瘤抗原的单个T细胞,在体外增殖的周期较长且条件较为严格(需要钴60照射的滋养层细胞),因此不易获得足够数量的细胞用来进行PCR扩增,目前只有少数实验室成功通过此法2郾2摇利用单细胞RT鄄PCR扩增技术摇目前基于单细胞RT鄄PCR扩增技术取得了极大进展且日趋成熟,因此分离得到肿瘤抗原特异性T细胞单克隆后,针对该单细胞克隆进行反转录,并通过PCR克隆其TCR基因,该方法避免了单个T细胞克隆复杂繁琐的体外增殖培养过程。根据PCR过程中使用引物的不同,又可以分为基于5忆RACE扩增和基于2郾2郾1摇基于5忆RACE扩增摇根据序列的同源性,人V琢可分为32个亚家族,人V茁可分为24个亚家族[12]。分离得到的特异性T细胞单克隆的TCR基但是可以通过基于5忆RACE的PCR扩增,利用通用引因,虽然其V琢和V茁属于哪个亚家族是未知的,多重引物的PCR扩增两种方法。获得肿瘤特异性的TCR基因。
获得一定数量的T细胞,然后通过RT鄄PCR扩增获
分子的表达强度及回输后TCR鄄T细胞的体内存活
TCR鄄T细胞治疗是当前过继性细胞治疗中两种重要的治疗方法。与传统的CIK和DC鄄CIK细胞治疗相比,CAR鄄T和TCR鄄T细胞治疗都具有肿瘤识别特异TCR鄄T可以借助于MHC分子的提呈从而识别胞内景与应用价值[8,9]。
性,属精准免疫细胞治疗范畴。与CAR鄄T相比,抗原,识别的靶点范围更广,信号活化受到较为严密的调控,不易诱发细胞因子风暴,具有良好的开发前
antigenreceptorT鄄cellimmunotherapy,CAR鄄T)和
2摇肿瘤特异性TCR基因的筛选
因V,(D)J,C在T细胞发育过程中经过胚系重排,在MHC识别限制性。机体成熟T细胞所产生的TCR琢茁胸腺中经过阳性选择和阴性选择过程,成为具有
TCR分子主要由琢和茁两条链组成,其编码基
组成了一个能与成千万种抗原结合的抗原识别受体在1015以上[10]。成功获得肿瘤抗原特异性的TCR基库(Repertoire),从理论上估计,TCR琢茁受体库的容量
因是肿瘤TCR鄄T细胞治疗的重要前提,目前肿瘤特识别的T细胞,然后克隆其TCR基因。
异性TCR基因的筛选主要通过获得肿瘤抗原特异性2郾1摇基于多细胞RT鄄PCR的扩增技术摇MHC鄄肽五聚体(Pentamer)流式细胞技术是一种简便、灵敏的五聚体与T细胞孵育后,特异性识别MHC鄄肽五聚抗原表位特异性检测方法[11],荧光标记的MHC鄄肽
图1摇TCR基因治疗的大致发展历程[3]
Fig.1摇MilestonesindevelopmentofTCRgenetherapy[3]
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物将其扩增得到,其流程如图2所示。该方法利用
OligodT为引物,将所有mRNA进行反转录,并利用反转录酶的特性在cDNA链的3忆端加入一段寡核苷酸序列,然后利用长通用引物(其含有与寡核苷酸序列互补的序列,其余序列为短通用引物)与TCR基因C区特异性引物进行前两轮PCR扩增,最后利用短通用引物和特异性引物完成剩下PCR反应,通TCR茁基因。Rosenberg团队利用该方法成功筛选基因[13]。Kobayashi等[14]研究者基于该方法,从肿到针对黑色素瘤相关抗原MART鄄1的高亲和力TCR过此法可得到肿瘤抗原特异性识别的TCR琢和
(5忆端均含有22个碱基的通用序列)进行延伸反应,获得5忆端带有通用序列的DNA并作为模板,利用通用引物和C区引物继续进行PCR扩增,然后通过测序获得TCR茁基因。琢链的扩增采用巢式PCR的方法,将上述24条V琢引物分为5管,分别和C区引Hamana等[17]进一步创新将PCR与5忆RACE结合,在分离到单个反应性T细胞后,首先进行5忆RACE扩增,然后进行PCR,最后通过Gibson组装方法获得携带特异性TCR分子的表达盒进行功能验证,建立了一个从筛选到功能验证的简单、有效系统。摇摇成功分离单个T细胞是利用单细胞RT鄄PCR扩物进行PCR扩增,从而获得TCR琢基因。2016年,
瘤患者外周血中成功筛选得到210个肿瘤抗原反应性的TCR分子,从反应性TCR分子的获得到TCR分子识别肿瘤抗原肽的验证,整个过程只需要10d即可完成。2017年,Parkhurst等[15]利用肿瘤相关infiltratinglymphocytes,TIL)中分离到反应性CD8+抗原的突变肽从肿瘤浸润淋巴细胞(Tumor鄄
增TCR基因过程中的关键步骤之一。常规分离单
个细胞方法有激光显微切割技术、显微操作、流式细胞术及有限稀释法等。激光显微切割技术、流式细胞仪和显微操作虽然能够保证分离到单个细胞,但需要较为昂贵复杂的仪器,有限稀释法难以保证精确分离单细胞。为了摸索简单、有效、经济的单细胞分离操作方法,我们利用自制毛细玻璃吸管挑取单个T细胞。该方法所需器材十分简单,在倒置显微镜下,操作者利用嘴的吹吸能力控制毛细玻璃吸管将细胞转移到含有RNA酶抑制剂的PCR管中,并2郾3摇基于CDR3片段长度多态性分析筛选TCR基因摇TCR基因的重排为一随机过程,不同T细胞经过基因重排,可表达不同特异性的TCR,在克隆水平每个T细胞识别各自特异性的抗原,在个体水平则呈现丰富的多样性。TCR的多样性由琢链和茁(Complementaritydeterminingregion,CDR),CDR1、CDR2仅由V基因片段编码,只有CDR3直接和抗原相互作用,TCR的多样性主要由CDR3决定[18]。链的V区决定,V琢和V茁各有三个互补决定区进行后续单细胞反转录过程。
功分离到27个TCR分子,为从TIL中分离特异性TCR分子提供了良好借鉴。但是该方法对操作者剂盒。
2郾2郾2摇基于多重引物的PCR扩增摇Kim等[16]对基3所示。其通过设计9条简并引物覆盖V茁的24个于多重PCR扩增的方法进行了探索,大致流程如图的实验水平要求较高,并且依赖于价钱不菲的试
CD137+细胞,利用单细胞5忆RACE从6个患者中成
亚家族序列,24条引物覆盖V琢的32个亚家族序列。因此利用TCR琢和TCR茁的C区特异性引物完成反转录步骤后,分别利用24条V琢引物、9条V茁引物和C区引物进行PCR扩增;将上述PCR产物作为模板,继续进行琢链和茁链的扩增;其中茁链扩增采用锚定PCR的方法,利用上述9条简并引物
图2摇基于单细胞5忆RACE的PCR扩增流程图
Fig.2摇StrategytoidentifypairedTCR琢鄄and茁鄄chains
basedon5忆鄄RACEreactionsfromsingleTcells
图3摇基于单细胞的多重PCR扩增流程图[16]
Fig.3摇StrategytoidentifypairedTCR琢鄄and茁鄄chains
basedonmultiplexPCRfromsingleTcells[16]
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摇摇设计针对每个亚家族的引物并进行RT鄄PCR扩家族的CDR3谱型情况[19,20]。正常情况下,健康人增,然后利用免疫扫描谱型分析技术可得出每个亚
内存在识别他们的高亲和力TCR,并且新抗原在正常细胞内不存在,因此以其为治疗靶点不太可能引起自身免疫毒性[26]。
随着高通量测序的普及以及肿瘤基因组项目和
外周血TCR基因CDR3长度具有多样性,每个V琢
布[21]。当TCR分子与抗原特异性识别后,特异性定亚家族可能出现单峰谱系,利用该特定亚家族特异性引物进行RT鄄PCR扩增可获得该单峰谱系V琢和V茁亚家族的CDR3区序列,结合该亚家族CDR1和CDR2序列便可获得特异性的全长TCR基因序列。
本实验室基于TCR基因CDR3片段长度多态性分析,从健康人外周血中成功筛选到识别肿瘤相关抗原Survivin点突变抗原肽的特异性TCRV琢4和
亚家族和每个V茁亚家族均呈多峰谱型的高斯分肿瘤基因组图谱计划等的实施,肿瘤的突变信息被越来越多地揭示出来,同时表位预测工具日益成熟可靠,这为寻找肿瘤新抗原提供了便捷的资源和有力的工具。另外,随着在TCR基因结构域改造、减少杂合TCR分子产生等方面的研究日益深入,TCR鄄新抗原的TCR鄄T研究奠定了良好的基础,势必会更好地促进抗肿瘤免疫治疗的发展。
T的抗肿瘤效果不断提高,这些都为深入开展靶向
识别的T细胞克隆迅速增殖,此时V琢和V茁某些特
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。需要指出的是,经肿瘤抗原肽刺激后
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。
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