嵌合抗原受體T細胞靶向PD-L1的初步研究①

彭群藝 朱雄鵬 李純團 辛鵬亮 鄭艷

（福建醫科大學附屬泉州第一醫院，泉州 362000）

嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor，CAR）T細胞技術是通過基因工程方法合成的抗原受體T細胞，可靶向識別細胞表面抗原，并直接殺傷靶細胞，從而繞過了傳統的主要組織相容性復合體（major histocompatibility complex，MHC）免疫激活途徑，具有MHC非限制性特點。其主要結構涉及識別抗原的單鏈抗體可變區片段（single chain antibody variable fragments，scFvs）、鉸鏈或間隔區、跨膜區、T細胞受體β鏈CD3ζ（T細胞活化第一信號）和協同刺激信號結構域（T細胞活化第二信號）等［1-3］。通過構建不同scFv結合特異性抗原，具有治療多種腫瘤疾病的廣泛前景。CD19特異性CART細胞可有效殺滅B淋巴腫瘤細胞并誘導長期的完全緩解，為復發和難治性淋巴細胞白血病治療提供新的治療手段［4-6］。

雖然CART細胞治療在血液腫瘤取得了可喜成績，但仍存在諸多局限，伴有嚴重副反應，如細胞因子釋放癥狀、腦病和B細胞再生障礙等［7］。CART細胞治療在實體腫瘤治療方面也面臨巨大挑戰［8-9］。多種腫瘤細胞缺少表達腫瘤特異性的抗原，CART針對的抗原為腫瘤相關性抗原，這種抗原在正常組織中也有低表達，因此CART細胞也可能對正常器官組織抗原產生應答，將導致災難性后果［10-11］。

免疫檢查點PD-1也可抑制CART細胞功能，影響CART細胞毒性和細胞因子分泌。CART細胞治療聯合PD-1抗體治療可逆轉這種效應，在實體瘤治療方面取得突破性進展［12］。但PD-1/PD-L1抗體治療本身仍依賴T細胞對腫瘤進行免疫應答，且PD-1抗體治療本身也存在多種副反應，影響皮膚、消化道、肝臟、內分泌系統以及其他器官，可能與PD-1抗體介導的自身免疫有關［13-14］。

本研究擬以免疫檢查點阻斷為策略，將免疫檢測點抑制劑序列整合至CART細胞，借助CART技術構建一種新的抗PD-L1的CART細胞（αPDL1-CART細胞），其胞外是能結合腫瘤細胞表面配體PD-L1的抗PD-L1 scFv，胞內含有4-1BB、CD3ζ等提供T細胞活化刺激信號，一方面利用CART細胞通過非MHC限制性方式直接殺傷PD-L1陽性腫瘤細胞，另一方面可阻斷PD-1/PD-L1通路，為CART細胞提供靶向性優勢，表達PD-L1的腫瘤細胞不僅不會抑制CART細胞活性，反而增強CART細胞殺傷作用，進一步增強其對淋巴瘤細胞的殺傷性。將兩者結合，以免疫阻斷和CART結合方式進一步加強抗腫瘤效應，打破腫瘤免疫耐受，為進一步改造雙靶向受體CART結合免疫檢查點提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料RPMI1640培養基（美國Gibco）；慢病毒（GeneChem）；Annexin V-FITC（美 國BD）；FACS Calibur流式細胞儀（美國BD）；TE2000-U熒光顯微鏡（日本Nikon）。

1.2 方法

1.2.1 αPDL1-CAR病毒載體構建和包裝αPDL1-CAR主要由胞外的anti-PD-L1 scFv（MEDI4736）、胞內的CD137和CD3ζ組成［15-16］。胞內信號區末端通過2A自我剪切肽序列連接1個協同表達的EGFP綠色熒光標志蛋白以監測αPDL1-CAR轉染效率。慢病毒載體主要由上海吉凱公司合成（GeneChem Biotechnology，catalog no.GORL0104629），構 建的αPDL1-CAR慢病毒均進行滴度檢測和DNA測序驗證。

1.2.2 K562細胞株基因修飾人K562細胞株由福建省血液病研究所提供。將K562細胞轉入帶有CD274基因的慢病毒載體，共培養8 h，離心換液，加入5μg/ml嘌呤霉素繼續培養，構建穩定表達PD-L1和mCherry熒光標記的PDL1-K562細胞；對照組K562細胞轉入空載體，穩定表達mCherry熒光蛋白。將αPDL1-CAR病毒載體轉染至K562細胞，共培養8 h，離心換液，構建αPDL1-K562細胞。所有細胞株均培養于含10%FBS、100 U/ml青霉素和100 μg/ml鏈霉素的RPMI1640培養基。

1.2.3 共培養試驗將1×105個αPDL1-K562細胞按1∶1分別與實驗組PDL1-K562和對照組K562細胞共培養4 h，熒光顯微鏡觀察并捕獲細胞相互作用情況。

1.2.4 淋巴細胞的分離、培養和基因修飾采集健康志愿者外周血200 ml，并簽署知情同意書。Ficoll梯度離心法收集外周血單個核細胞（PBMC），培 養 于 含CD3mAb、r-Fibronection CH296、IL-2（100 U/ml）和10%FBS的1640培養液。T細胞在激活第2天開始進行αPDL1-CAR慢病毒感染（病毒滴度：2×108TU/ml），1640重懸細胞密度為1×106個/ml，加入30 U/ml IL-2。按MOI=10加入αPDL1-CAR病毒于包被的24孔培養板，Histrnas P病毒感染增強液4μl，混勻，1 000 g離心1 h，37℃、5%CO2培養48 h，更換新鮮的1640培養基，IL-2維持200 U/ml。隔天進行半量換液，加入細胞因子感染96 h，觀察熒光表達情況，流式細胞儀檢測αPDL1-CART細胞感染率，Flowjo軟件分析數據。

1.2.5 細胞毒性試驗取2.5×105個效應細胞與5×104個靶細胞混合，效靶比為5∶1。實驗分為4組：T細 胞 與K562細 胞、T細 胞 與PDL1-K562細 胞、αPDL1-CART細胞與K562細胞、αPDL1-CART細胞與PDL1-K562細胞。各組重復3次。共培養24 h，收集細胞，采用Annexin V對死細胞和凋亡細胞進行染色，靶細胞表達mCherry熒光，JIMBIO FIL計算混合細胞總數，流式細胞術檢測24 h剩余活的靶細胞百分比，計算24 h共培養后剩余的腫瘤細胞數=混合細胞總數×剩余活的靶細胞百分比。

1.2.6 流式細胞術感染的αPDL1-CART細胞由于序列中連接有EGFP熒光蛋白，流式細胞儀檢測507 nm處EGFP熒光細胞百分比。細胞毒性試驗中加入5 μl Annexin-V用于凋亡細胞染色，剩余活的腫瘤靶細胞則檢測610 nm激發波長下mCherry熒光蛋白標記的信號細胞。所有樣本加入抗體后暗室孵育30 min，FACSCalibur流式細胞儀檢測，FlowJo軟件分析數據。

1.3 統計學分析采用GraphPad Prism 5軟件進行統計學處理。兩獨立樣本均數比較采用Mann-WhitneyU檢驗，P<0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 αPDL1-CAR病毒載體構建αPDL1-CAR胞外為anti-PD-L1 scFv（取自MEDI4736抗體的重鏈VH和輕鏈VL），跨膜區為CD8α hinge，胞內信號區由CD137和CD3ζ組成（圖1A）。信號區末端通過2A自我剪切肽連接EGFP熒光蛋白，檢測αPDL1-CAR表達。構建的αPDL1-CAR慢病毒經基因測序與MEDI4736序列相符，感染K562細胞后，熒光顯微鏡下觀察到αPDL1-K562細胞表達綠色熒光（圖1B）。

圖1 αPDL1-CAR慢病毒載體結構Fig.1 Construction of αPDL1-CAR lentiviral vector

2.2 共培養實驗αPDL1-K562細胞（綠）分別與實驗組PDL1-K562細胞（紅）和對照組K562細胞（紅）共培養4 h，熒光顯微鏡可觀察到αPDL1-K562細胞（綠）和PDL1-K562細胞（紅）相互結合聚集成團，而對照組細胞游離分散（圖2）。提示αPDL1-K562細胞可與PDL1-K562細胞結合。

圖2 αPDL1-CART細胞4 h共培養圖譜（×200）Fig.2 Images of αPDL1-CART cells following 4 h coculture（×200）

2.3 αPDL1-CART細胞表達PBMC經活化刺激后第2天開始進行αPDL1-CAR慢病毒感染，在MOI=10條件下，培養第6天進行流式細胞術檢測，αPDL1-CART細胞表達率為（48.9±13.9）%，見圖3A。熒光顯微鏡鑒定結果顯示，αPDL1-CART細胞表達綠色熒光（圖3B）。

圖3 αPDL1-CART細胞表達Fig.3 Expression of αPDL1-CART cells

2.4 T細胞和αPDL1-CART細胞體外殺傷性檢測在效靶比為5∶1條件下，將T細胞和αPDL1-CART細胞分別與K562和PDL1-K562共培養24 h，對照組T細胞中剩余腫瘤細胞數大于初始加入的腫瘤 細 胞 數50 000個［（63 144.7±3 392.5）個 和（6 480.0±32 422.8）個］，說明T細胞并不能有效殺傷腫瘤細胞。而實驗組αPDL1-CART細胞與K562細胞共培養24 h后，剩余的腫瘤細胞數也近50 000個［（49 990.0±1 595.0）個］，但與PDL1-K562細胞共培養24 h后剩余腫瘤細胞數顯著減少［（2 136.9±766.1）個］，差異具有統計學意義（P<0.05，圖4）。

圖4 體外檢測αPDL1-CART細胞殺傷活性Fig.4 Cytotoxicity of αPDL1-CART cells was determined in vitro

3 討論

腫瘤微環境是腫瘤免疫治療面臨的主要障礙，其中免疫抑制性受體可在腫瘤免疫應答過程中表達上調，從而激活機體免疫抑制通路誘導腫瘤耐受，其中PD-1/PD-L1通路是研究最為廣泛的領域之一。PD-1是T細胞表達的重要免疫檢查點受體，屬于免疫球蛋白超家族，可與腫瘤細胞表面表達的配體PD-L1結合，進而抑制活化T細胞對腫瘤抗原的免疫應答，影響腫瘤免疫治療效果。因此，阻斷或封閉PD-1/PD-L1通路作為新的治療方法，廣泛用于不同腫瘤臨床治療，且已證明具有持續臨床效果［17］。

CART是將嵌合免疫受體與T細胞結合的一種T細胞技術，可直接殺傷靶細胞，繞過了傳統的MHC免疫激活途徑。最初一代CART僅在CAR結構并入T細胞活化信號CD3ζ鏈，因此在其scFv具有抗原特異性的同時，可活化T細胞并產生細胞毒性作用［18］。隨著技術進步，第二代和第三代CAR在一代CAR結構基礎上逐漸引入CD28、CD27、OX-40和4-1BB等刺激信號，進一步促進CART細胞增殖與存活，細胞毒性也得到提升［19］。而第四代CAR則有很大不同，WU等［20］設計了帶有“開關”功能的CAR，可通過小分子調控CART細胞功能；SCHNEIDER等［21］則構建了串聯的CAR，即在1個CAR結構上同時帶有針對腫瘤細胞CD19和CD20抗原的scFv；BIELAMOWICZ等［22］在1個T細胞上并聯表達3個CAR，使CART細胞可同時針對膠質母細胞瘤3個抗原位點HER2、IL-13Rα2和EphA2，增加了CART細胞靶點數，提高治療效果；ALBERT等［23］以納米靶向抗體結合通用型CAR（uniCAR），僅需通過更換不同靶向抗體就可以結合通用型CART細胞從而殺傷不同抗原的腫瘤細胞，無需重新設計針對新抗原的CART細胞；ADACHI等［24］的CART引入促進細胞因子或趨化因子，使T細胞表達CAR的同時，也表達IL-7和趨化因子CCL19，CART不僅是靶向殺傷腫瘤細胞的免疫細胞，也可作為細胞載體傳遞免疫調節分子。

免疫檢測點阻斷策略對于腫瘤免疫治療是一個非常有潛力的領域［25］。MEDI4736人源IgG1單克隆抗體對PD-L1有較高的特異性和親和性，能阻斷PD-1和CD80相互作用，從而阻礙T細胞活化的抑制信號。將免疫檢測點阻斷與CART技術結合，一方面可利用CART細胞直接殺傷特異靶點的腫瘤細胞，另一方面可阻斷PD-1/PD-L1信號通路，防止PD-1/PD-L1負調控信號影響CART細胞對腫瘤細胞的免疫應答。

本研究構建αPDL1-CAR的scFv來源于MEDI4736，共培養實驗說明構建的αPDL1-CAR能夠特異性結合PD-L1靶細胞。細胞毒性實驗中，對照組T細胞24 h共培養后剩余的腫瘤細胞數均大于初始腫瘤細胞數，說明T細胞不能有效殺傷腫瘤細胞。而αPDL1-CART細胞組中，剩余的K562腫瘤細胞數并沒有減少，但PDL1-K562細胞數顯著減低。說明αPDL1-CART細胞能夠對PDL1-K562細胞進行特異性識別和殺傷。

本研究以免疫檢查點阻斷為策略，通過CART技術將免疫檢測點抑制劑序列整合至CART細胞，構建了一種新的αPDL1-CART細胞，并初步驗證了αPDL1-CART細胞對PDL1-K562細胞的特異性殺傷作用，為腫瘤免疫治療提供了新的思路，具有重要研究價值。