STTT：陈硕/陈赛娟/范晓虎揭示抗原诱导CAR多聚化增强抗肿瘤效应的结构机制

配体诱导的受体二聚化或寡聚化是一种广泛存在的机制，可确保通信特异性，保护受体激活，促进信号转导在细胞膜上的放大。然而，在嵌合抗原受体(CAR)工程中，细胞表面抗原诱导的多聚(AIM)尚未被有意识地利用来丰富基于T细胞的疗法。

2023年12月8日，上海交通大学陈硕、陈赛娟及南京传奇生物范晓虎共同通讯在Signal Transduction and Targeted Therapy在线发表题为“Antigen-induced chimeric antigen receptor multimerization amplifies on-tumor cytotoxicity”的研究论文，该研究共同开发了ciltacabtagene autoeucel (cilta-cel)，其CAR结合了两个B细胞成熟抗原(BCMA)靶向纳米体，用于治疗多发性骨髓瘤。

该研究阐明了一种结构和功能模型，在该模型中，BCMA诱导的cilta细胞CAR多聚增强了骨髓瘤靶向T细胞介导的细胞毒性。BCMA纳米体复合物的晶体学分析揭示了抗原-抗体异聚的原子细节，而分析超离心和小角度X射线散射表征了溶液中BCMA的相互作用。BCMA诱导的纳米体CAR多聚增强了对骨髓瘤来源细胞的细胞毒性，同时增加了免疫突触的形成和细胞毒性介导的细胞因子释放。总之，该研究结果为在设计下一代CAR时考虑AIM方法提供了一个框架。

细胞表面受体的多聚化，如二聚化和寡聚化，通过与同源细胞外信号分子的相互作用诱导是许多细胞-细胞通信途径的基础。例子包括由配体诱导的二聚化激活的受体酪氨酸激酶，以及由三聚化触发的肿瘤坏死因子(TNF)受体超家族成员。八聚体T细胞受体(TCR)复合物代表了一个更复杂的例子，其中抗原参与最终导致CD3ζ亚基二聚体中激活基序的磷酸化，这种八聚体TCR复合物已被简化为一种称为嵌合抗原受体(CAR)的单跨膜蛋白，是许多基于工程T细胞的免疫疗法的基石。

CAR整合了细胞外抗体区域，以识别其靶细胞表面抗原和细胞内CD3ζ活化基序。专注于细胞内共刺激模块的努力引领了几代CAR的进化，然而这种方法似乎已经达到了单个多肽链所能提供的极限。受自然界中发现的配体诱导多聚的启发，研究人员假设由细胞外抗体结构域介导的抗原诱导多聚可以在CAR设计中利用，以增强T细胞对同源细胞表面抗原标记的“流氓”细胞的细胞毒性。

BCMA诱导纳米体CAR多聚模型（图源自Signal Transduction and Targeted Therapy ）

值得注意的是，抗原不依赖抗体交联或可溶性配体介导的多聚与CAR激活和信号增强有关。在许多基于单链可变片段(scFv)的CAR中观察到抗原不依赖的二聚化和聚类，并发现它们会触发构成性补强信号，导致工程T细胞的早期衰竭，特别是对于与CD28共刺激结构域偶联的scFv。4-1BB模组的替代改善了T细胞耗竭。有趣的是，由抗原非依赖性CAR二聚化激活的4-1BB共刺激的信号似乎提高了临床疗效。因此，基于这些先前的观察，可以想象，抗原诱导的CAR多聚设计可能潜在地增强通信特异性，保护受体激活，并促进工程T细胞信号转导的扩增。

B细胞成熟抗原(BCMA)是TNF受体超家族的一员。因此，TNF样三聚体配体-增殖诱导配体(APRIL)和B细胞活化因子(BAFF)结合可诱导BCMA的三聚化和活化，促进B细胞的增殖和存活。BCMA优先在成熟的B淋巴细胞上表达，在多发性骨髓瘤(MM)细胞上与可溶性APRIL和BAFF一起显著升高。因此，BCMA是MM治疗发展的热点靶点。MM是一种常见的血液系统恶性肿瘤，其标准治疗包括蛋白酶体抑制剂、免疫调节药物、抗体、类固醇、化疗和自体造血干细胞移植，但难以治愈。最近治疗复发或难治性MM (RRMM)的临床选择包括BCMA定向CAR-T疗法和双特异性T细胞接合剂。

研究人员共同开发了cilta-cel (cilta-cel)，它依赖于由两个BCMA靶向纳米体串联(以下称为纳米体串联)引导的CAR来治疗MM。纳米抗体，包括用于cilda-cell的V_HH(仅重链抗体的重链可变区)变体，是每个约120个残基的单免疫球蛋白折叠抗体。Cilta-cel是美国食品和药物管理局(FDA)批准的第一个基于纳米体的CAR-T疗法。由于治疗RRMM的临床结果令人鼓舞，cilta-cel在全球范围内获得监管批准的势头正在增强。该研究试图阐明cilta- cell纳米体串联结合BCMA在骨髓瘤靶向CAR激活和T细胞细胞毒性中的结构和功能机制，以指导未来CAR的设计。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41392-023-01686-z