但是在将这些经过修饰的T细胞灌注回患者体内后,一种细胞因子IL-2的类似物Neo-2/15

近日,来自西雅图华盛顿大学和斯坦福大学的科学家首次实现从头设计合成一个蛋白抗癌药物,一种细胞因子IL-2的类似物Neo-2/15。Neo-2/15与人类IL-2只有14%的氨基酸序列相同,但却保留了IL-2的大部分功能,只是去除了可能造成毒副作用的结合CD25的能力。在结肠癌和黑色素瘤的小鼠模型中,Neo-2/15强烈抑制肿瘤生长,甚至在一些小鼠中完全消灭了肿瘤,治疗效果比天然的IL-2还要好。相关论文发表在《自然》杂志上。

图片 1

IL-2在免疫学中十分重要:它是第一个被克隆的Ⅰ型细胞因子,也是第一个解出受体结构的短链Ⅰ型细胞因子,还是第一个被发现通过特定的高亲和力受体发挥作用的细胞因子。此外,IL-2还是第一种有效的癌症免疫疗法。在1984年11月,一位转移性黑色素瘤患者开始接受大剂量IL-2治疗,数月后,她全身的肿瘤都消失了。不过在这次试验中,IL-2也显示出了很强的毒副作用,包括诱发广泛的毛细血管渗漏综合征,导致肺间质浸润,患者体重明显增加等,这些毒副作用很大的限制了IL-2的使用。

在过继细胞转移中,被称作杀伤性T细胞的免疫细胞从患者血液中纯化出来,通过基因修饰让它们具备优异的肿瘤识别能力,经诱导后在体内发生增殖。这些经过基因修饰的T细胞随后被灌注回患者的循环系统中,在那里,它们能够高效地和选择性地破坏肿瘤。

为此,许多科学家试图改造IL-2的结构。要改造一个蛋白,通常的做法是让天然的蛋白随机突变,直到找到具有合适特性的突变蛋白,但成功率过低。在本研究中,研究人员使用X线晶体衍射的方法获得了IL-2和它的受体结合形成的复合物的结构,仔细分析了IL-2与IL-2受体α、β和γ亚基间的相互作用。利用这些数据,研究人员设计出了40种只与β亚基和γ亚基作用,而不结合α亚基的IL-2类似物,通过进一步的合成测试和结构微调,最终获得了与IL-2受体亲和力最强的Neo-2/15。

但是在将这些经过修饰的T细胞灌注回患者体内后,它们不能够在足够长的时间里继续存活、增殖和靶向杀伤,这就使得这种方法存在着较大的局限性。这是因为这些经过修饰的T细胞经常需要一种加强注射到体内的至关重要的被称作IL-2的蛋白,正如天然的T细胞做到的那样。

稳定性上,Neo-2/15在80℃孵育2小时后,仍能和人类IL-2受体结合。即使在95℃孵育1小时后,Neo-2/15也能有效促进T细胞生存。在同样条件下,天然的IL-2则会变性失活。在免疫原性方面,研究人员分别给健康小鼠和荷瘤小鼠每天连续注射Neo-2/15,没有检测到任何针对Neo-2/15的抗体。在动物试验中,研究人员用结肠癌和黑色素瘤的小鼠模型测试了Neo-2/15的治疗效果。相比IL-2,Neo-2/15更为有效的抑制了肿瘤生长,甚至让4只(共10只)黑色素瘤模型小鼠没长出肿瘤。

IL-2是免疫系统中的一种主要调节因子,特别地,它是一种主要的T细胞生长因子。它负责T细胞产生、增殖和活化。

“30年来,人们一直在尝试改造IL-2,使其更安全、更有效,但由于天然的蛋白质往往不太稳定,很难做到这一点,”论文的第一作者Silva说,“Neo-2/15非常小,非常稳定。因为我们从头开始设计它,我们了解它的所有部分,我们可以继续改进它,使它更加稳定,活性更强。”

在对多种威胁作出反应时,多种类型的免疫细胞天然地分泌IL-2。当它结合到T细胞表面上的受体时,它促进这些T细胞激活。一旦被剥夺IL-2,曾经活化的T细胞受到抑制和变得精疲力竭。

美国斯坦福大学医学院分子与细胞生理学教授、结构生物学教授、霍华德-休斯医学研究所研究员Christopher
Garcia博士说,这种情形适用于灌注到癌症患者体内的这些经过基因修饰的T细胞。他说,这些经过基因改造的T细胞需要IL-2才能存活下来,发挥作用并且进行增殖。

当这些经过基因修饰的T细胞存在于患者体外时,这是不错的。但是在进行T细胞灌注后进行静脉注射IL-2来增强过继细胞转移疗效的策略存在着较大的局限性,其原因在于大剂量注射这种强效的蛋白所引发的副作用—特别是肺水肿—是如此严重以至于超过这种治疗的好处。

问题在于IL-2的受体不仅存在于T细胞表面上,而且也存在于其他的在癌症治疗期间最好处于失活状态的免疫细胞表面上,比如所谓的调节性T细胞,它们的作用是在调动免疫系统抵抗肿瘤或入侵的病原体后抑制所产生的免疫反应。免疫系统长期处于活化状态能够导致持续的让组织遭受损伤的炎症和自身免疫疾病。体内的许多其他类型的细胞,如肺细胞,也含有IL-2受体,因此IL-2能够诱导含有这些细胞的组织产生破坏性的炎症。

不过,在一项新的研究中,Garcia和他的国家发现一种变通方法,它应当会允许过继细胞转移疗法进展下去,但是不会导致T细胞精疲力竭,同时也不会产生IL-2的破坏性副作用。相关研究结果发表在2018年3月2日的Science期刊上,论文标题为“Selective
targeting of engineered T cells using orthogonal IL-2 cytokine-receptor
complexes”。

Garcia国家通过基因改造对IL-2的一种亚基进行稍加调整以至于含有这个亚基的受体不再能够结合到IL-2上,即他们产生一种稍加调整的IL-2分子,该分子不能够结合到它的正常受体上。针对这种稍加调节的IL-2,也对它的受体进行相对应的修饰,从而使得这种修饰的IL-2和这种修饰的受体仅彼此间能够高亲和力地结合。

利用实验室方法对来自小鼠的T细胞进行修饰,让它们表达这种修饰的受体,Garcia国家在一系列实验中证实这些经过修饰的T细胞对这种修饰的IL-2作出反应,就正如天然的T细胞预计会对正常的IL-2作出反应那样。但是未经修饰的T细胞不会对这种修饰的IL-2作出反应。

接下来,Garcia国家与美国加州大学旧金山分校免疫学家Jeffrey
Bluestone博士和加州大学洛杉矶分校癌症专家Antoni
Riba博士进合作开展实验。在Bluestone实验室和Riba实验室中,这些研究人员进一步开展基于疾病的实验,其中的一些实验是针对经诱导患上一种已得到很好描述的黑色素瘤的小鼠开展的。携带着这种高度侵袭性肿瘤的小鼠通常会很快死掉。在进行过继细胞转移—对来自小鼠自身的T细胞进行基因改造使得它们靶向作用于这种特定的肿瘤,随后将这些经过修饰的T细胞灌注回这些小鼠体内—后进行正常的IL-2注射能够阻止这种黑色素瘤生长,但是IL-2会导致很多令人讨厌的副作用,这反映了注射它在人体中产生的副作用:体重减轻、行动能力受限、体温过低、脾脏肿大、淋巴结肿大以及可能的死亡。(在这项研究中,如果小鼠生病到可能死亡的时候,它们就会被安乐死。)

然而,类似地对来自小鼠的T细胞进行基因改造使得它们攻击这种黑色素瘤,并且让它们表达经过修饰的仅对这种经过调整的IL-2作出反应的受体,随后将这些经过修饰的T细胞灌注回这些小鼠体内,接着进行正常剂量地注射这种经过调整的IL-2,这也会导致这种肿瘤缩小,但是不会产生副作用。不论是相比于未接受治疗的小鼠,还是相比于接受这些接受过继细胞转移治疗但不会接受IL-2注射的小鼠,这些小鼠的存活率显着提高。

Garcia说,他的国家如今已制造出这种修饰性IL-2/修饰性受体的人类版本,它们仅彼此间相互结合。他正在寻求与学术界或产业界的合作者合作,开展基于这种新技术的临床试验。

他说,他相信这种方法也能够被用来激活调节性T细胞而不是杀伤性T细胞,因而在原则上应当会有效地抵抗自身免疫疾病。

相关文章

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注