专访 海军军医大胡适团队开发可靶向未知抗原的合成免疫细胞组库

　　从传统的手术治疗，到放疗、化疗、靶向治疗，肿瘤的治疗手段迎来了多次突破性进展。现如今，免疫疗法成为治疗肿瘤的“新风口”，涌现出以 CAR-T 为代表的一系列技术路线。

　　近年来，CAR-T 疗法在血液肿瘤的治疗中表现出较好的临床数据，产业化进展也最为快速。去年，两款 CAR-T 药物在中国获批上市标志着“中国细胞治疗元年”的开启。

　　就目前而言，以 CAR-T 为代表的免疫疗法有着诸多优势，但也存在一些局限性，其依赖于针对特定的已知靶点，且可能会出现耐药、复发，这些都是肿瘤免疫治疗当前所面临的痛点。

　　近期，海军军医大学胡适课题组开发出一种能够携带大容量嵌合抗原受体组库信息的“合成免疫细胞组库”技术。他们参照适应性免疫系统无需预设靶点而是依赖于多样性抗体来识别未知抗原特征的免疫学机制，采用合成生物学细胞重编程方法，实现对多克隆的工程化免疫细胞的控制，建立起具有“合成免疫”能力的工程化细胞群，最多可识别超过 100 万种未知抗原，为恶性肿瘤等疾病的治疗提供新的途径。

　　目前，这项研究发现已经以“Synthetic libraries of immune cells displaying a diverse repertoire of chimaeric antigen receptors as a potent cancer immunotherapy”（免疫细胞合成文库展示多种嵌合抗原受体作为有效的癌症免疫疗法）为题发表在 Nature Biomedical Engineering 上。

　　

　　（来源：Nature Biomedical Engineering）

　　“我们这项研究的初衷，正是来源于目前免疫疗法的现实应用困境。”这篇论文的通讯作者、海军军医大学胡适副教授告诉生辉，“比如，CAR-T 细胞治疗在大部分患者中很难找到合适靶点，而且即便能够找到靶点，但这种针对特定靶点的治疗方式不足以应对肿瘤细胞的异质性特征，而且往往还会驱动病灶产生人工进化压力，最终导致出现耐药以及复发。”他补充说。

　　胡适目前是海军军医大学（原第二军医大学）生物医学工程副教授。多年来，他一直专注于利用人工合成手段实现对人体免疫系统的控制、重塑，以及从头构建等领域的研究，并在免疫元件、免疫细胞和免疫系统的人工合成控制方面取得了一些研究成果。

　　截至目前，胡适以通讯作者在 Nature Biomedical Engineering、Science Translational Medicine、Nature Communications 等期刊上发表 SCI 论文 20 余篇，申请多项中国及国际专利，主持国家自然科学重大研发计划、专项项目等十余项科研项目。

　　

　　▲图｜海军军医大学生物医学工程副教授胡适（来源：受访者）

　　肿瘤细胞能够不断生长和转移的主要原因是由于“免疫逃避”，即肿瘤细胞逃脱了人体免疫细胞的监视和控制。而所谓肿瘤免疫疗法，其旨在激活人体免疫系统，依靠自身免疫细胞来定向杀灭肿瘤细胞。与以往的手术、放/化疗以及靶向治疗不同，免疫治疗针对的靶点并不是肿瘤，而是人体自身的免疫系统。但就现阶段而言，免疫疗法并非对所有患者都有效，甚至还可能会出现副作用。

　　“既然 1 种合成免疫细胞能识别 1 种未知抗原，10 种合成免疫细胞能识别 10 种未知异常抗原，那么 1010 种合成免疫细胞就可以识别 1010 种未知异常抗原。如果我们把所有的针对未知异常抗原的抗体都构建成合成受体，并装在免疫细胞上形成多克隆性的合成免疫细胞群，那么这样就可以识别出细胞表面几乎所有的异常抗原，并杀死所有的表达异常抗原的‘坏’细胞。”胡适说道，“利用这种方法，我们构建了可以识别约 100 万种异常抗原的合成免疫细胞组库。”

　　

　　▲图｜合成 CAR-T 细胞组库的设计和表征（来源：Nature Biomedical Engineering）

　　据研究团队成员雷长海教授介绍，把这种合成免疫细胞群输入到患者体内，其中的某种合成免疫细胞一旦识别到对应的抗原，通过克隆即可实现大规模增殖并杀死表达该抗原的肿瘤细胞，而没有识别到对应抗原的合成免疫细胞则不进行增殖，或者被人体清除掉。

　　与此同时，在这个过程中合成免疫细胞群识别多样性抗原的能力是持续存在的，当肿瘤细胞由于免疫细胞的杀伤而自我进化时，合成免疫细胞群可以相应的产生新的克隆，继续杀灭肿瘤细胞。换句话说，这种合成免疫细胞组库不但可以识别肿瘤细胞的全部抗原信息，还可以随肿瘤细胞抗原的变化而进行相应的进化。因此，合成免疫细胞组库可以有效应对恶性肿瘤异质性、进化性以及逃逸性特征。日韩综艺

　　接下来，胡适团队分别利用 T 细胞和 NK 细胞两种不同的细胞底盘测试该技术的可靠性和稳定性，试验结果显示，在这两种不同的细胞底盘上，合成免疫细胞群均可以实现针对肿瘤组织的克隆性富集和杀伤。

　　随后，他们还基于肺癌、乳腺癌、结肠癌以及卵巢癌的肿瘤模型动物进行验证。试验结果表明，合成免疫细胞群对这些肿瘤细胞均能够产生杀伤效果，发挥治疗作用。“把这些合成免疫细胞群输入到肿瘤模型动物中进行试验，我们发现，动物体内的肿瘤细胞基本都被杀灭，而且没有造成副作用。”胡适表示。

　　

　　▲图｜CAR-T 细胞组库的体内抗肿瘤作用（来源：Nature Biomedical Engineering）

　　值得一提的是，胡适团队还发现，输入了合成免疫细胞群后的动物能够形成了一种“合成性免疫力”。据介绍，当肺癌小鼠输入合成免疫细胞群后，不仅体内的肿瘤消失，再次接种的肺癌细胞也会被全部消灭，而且在再次接种其他肿瘤细胞，如乳腺癌细胞时，其体内的合成免疫细胞群依然具备对肿瘤的杀伤效果。

　　既然这种合成免疫细胞群能识别大规模多样性抗原，那么它们会不会“误伤”到机体健康的组织细胞？对此，胡适解释说，“合成免疫细胞群所能识别的抗原信息都是‘预先设定好的’，因此可以在制备和生产细胞群时，事先把试验对象自身的抗原信息‘剔除’掉。”

　　对此，胡适团队针对多种不同免疫背景的小鼠模型进行了安全性试验，同时还对合成免疫细胞群的识别范围进行了可控性评估。试验结果显示，在人工干预控制的条件下，这些合成免疫细胞群具有较好的安全性，通常不会对机体正常组织细胞有杀伤作用。此外，这些合成免疫细胞群的细胞内装载有安全性的“基因开关”，在治疗过程中，随时可以通过外源注射诱导药物的方式清除这些细胞，进一步提高了其安全性。

　　谈及在开展这项研究过程中遇到的挑战，“明确合成免疫细胞组库的构成是非常困难的，包括合成免疫细胞组库中到底有多少种合成受体，各种合成受体的分布情况，以及合成细胞的增殖情况和免疫反应性等等，这些都是难以确定的。”胡适说道。

　　还有非常关键的一点：合成受体的数量与细胞的数量是相互影响的。比如，合成受体的总类多，则每种合成细胞的数量就少，其克隆增殖到能够杀伤肿瘤细胞所需的时间就长。“如何能在这对矛盾中找到平衡是这项研究遇到的最大挑战。在 T 细胞底盘中，我们的突破点在于通过基因敲除提高 T 细胞的增殖效率，另外，我们还使用了高通量测序等技术进行攻关。”胡适表示。

　　据介绍，他们在试验过程中采用高通量抗体库测序技术探测在治疗过程中细胞群的变化，对合成免疫细胞组库的生物进化过程进行了实时监控，并描绘了工程化细胞克隆随时空变化的图谱。“这些信息可以提供免疫细胞群在识别肿瘤抗原时的变化规律，对理解合成性的免疫细胞群产生的对抗肿瘤免疫力机制具有很大的理论价值。”胡适指出。

　　在胡适看来，“不要将人体变成一个个‘零件’，而是要从整体的角度去寻找解决方案。”他总结道。

　　关于如何将这项研究成果广泛应用于临床，胡适坦言，“虽然这项试验研究是基于小鼠开展的，但是构建的合成免疫细胞组库包含的是全人源的抗体库信息，理论上是可以直接用于人体的。未来若要广泛应用于临床，需要克服和解决的挑战可能更多的是政策层面，即能否批准这一新型的治疗技术。”胡适说道。

　　

　　（来源：Pixabay）

　　据介绍，这种合成免疫细胞群除了能够用于治疗恶性肿瘤，还可以用于包括炎症性疾病、感染性疾病的治疗，是一种新型的合成免疫学方法。“合成免疫细胞群其实是一种建立‘合成免疫’的新途径，可以在患者自身免疫力不足时，通过人工的方法来在患者体内建立其合成性的免疫系统。”胡适表示，“这实际上开启了合成免疫的‘元宇宙’，即利用合成生物学技术手段进行链接与创造的，与人体免疫系统映射与交互的，全新免疫系统构建与技术发展。”

　　除此之外，合成免疫细胞组库还可在治疗过程中获得针对肿瘤新生抗原的合成性受体及抗体，通过进一步鉴定获取对应靶点信息，因此，这也是一种“靶点-药物筛选方法”，可以广泛应用于临床前的研究

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