腫瘤與細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞，尤其是細(xì)胞毒性T細(xì)胞（CTL）之間的特異性相互作用，是有效抗腫瘤免疫反應(yīng)的關(guān)鍵。然而，直接且定量地在活細(xì)胞環(huán)境中檢測腫瘤-T細(xì)胞相互作用仍然是一個重大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的方法，如抗原特異性T細(xì)胞的檢測，主要依賴于體外的肽-MHC多聚體染色技術(shù)，但這種方法在表現(xiàn)復(fù)雜的細(xì)胞相互作用時具有局限性，缺乏細(xì)胞膜接觸以及免疫突觸的背景。此外，現(xiàn)有的活細(xì)胞標(biāo)記技術(shù)雖能研究異質(zhì)的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用，但往往依賴抗原呈遞細(xì)胞（APCs）來捕獲特定的T細(xì)胞，未能直接表征腫瘤細(xì)胞與T細(xì)胞之間的直接相互作用。
目前，細(xì)胞相互作用的鄰近標(biāo)記方法已經(jīng)被開發(fā)出來，通過在接觸環(huán)境中進(jìn)行原位細(xì)胞標(biāo)記來研究細(xì)胞相互作用，從而促進(jìn)檢測、分離和下游分析。然而，這些方法受限于遺傳操作、酶共軛物的復(fù)雜合成或額外的細(xì)胞干擾刺激等因素。因此，亟需一種高選擇性、敏感且非侵入性的鄰近標(biāo)記平臺，以檢測和量化不同強度的腫瘤-T細(xì)胞相互作用。
本研究開發(fā)了一種基于生物正交醌亞甲基脫保護(hù)的光催化活細(xì)胞相互作用標(biāo)記策略（簡稱CAT-Cell），以敏感且選擇性地研究和量化腫瘤與T細(xì)胞之間的相互作用。（圖1a）研究團(tuán)隊設(shè)計并優(yōu)化了用于捕獲細(xì)胞相互作用的醌亞甲基衍生探針，通過開發(fā)這些探針，實現(xiàn)了對多種受體-配體對（如CD40-CD40L、TCR-pMHC）引導(dǎo)的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的檢測，并進(jìn)一步量化了腫瘤-T細(xì)胞相互作用的強度，這對于評估抗腫瘤免疫反應(yīng)至關(guān)重要。具體方法包括：開發(fā)醌亞甲基探針，通過化學(xué)修飾醌亞甲基探針，調(diào)節(jié)其反應(yīng)性，以確保在不同強度和界面距離的細(xì)胞相互作用中具有足夠的敏感性；利用光催化脫保護(hù)化學(xué)，將醌亞甲基探針重新活化，實現(xiàn)對鄰近細(xì)胞的標(biāo)記；將經(jīng)過光催化修飾的誘餌細(xì)胞與目標(biāo)細(xì)胞共同培養(yǎng)，通過藍(lán)光照射進(jìn)行反應(yīng)，從而在目標(biāo)細(xì)胞上進(jìn)行生物素標(biāo)記，并通過流式細(xì)胞術(shù)進(jìn)行分析；在小鼠模型中應(yīng)用CAT-Cell進(jìn)行腫瘤特異性T細(xì)胞相互作用的體外定量分析，驗證其在復(fù)雜生物環(huán)境中的廣泛兼容性和實用性。
圖片來源：JACS
CAT-Cell策略的開發(fā)為解碼和量化活細(xì)胞環(huán)境中的關(guān)鍵但微妙的腫瘤-免疫相互作用提供了一種敏感、可調(diào)、通用且非侵入性的工具箱，具有重要意義。通過直接檢測和量化腫瘤與T細(xì)胞之間的相互作用，深入了解這些相互作用如何影響腫瘤消退和潛在根除，從而指導(dǎo)免疫治療應(yīng)用；CAT-Cell的高選擇性和敏感性可以幫助篩選出更有效的免疫治療策略，優(yōu)化抗原特異性T細(xì)胞的檢測方法，提高治療效果；由于CAT-Cell兼容多種受體-配體對和細(xì)胞類型，不僅可以用于腫瘤-免疫細(xì)胞相互作用的研究，還可推廣應(yīng)用于其他細(xì)胞相互作用的研究，如胚胎發(fā)育、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)等領(lǐng)域；CAT-Cell在不干擾被標(biāo)記細(xì)胞的情況下，實現(xiàn)了對細(xì)胞相互作用的精確時空分辨標(biāo)記，為細(xì)胞生物學(xué)研究提供了一種更為生物友好的手段；通過將CAT-Cell與下游分析技術(shù)結(jié)合，如單細(xì)胞RNA測序、TCR測序和蛋白質(zhì)組學(xué)分析，有望揭示免疫過程中的關(guān)鍵細(xì)胞相互作用機制，推動基礎(chǔ)研究進(jìn)展并加速臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化。CAT-Cell的開發(fā)和應(yīng)用，不僅為腫瘤免疫學(xué)研究帶來了新的視角和方法，也為更廣泛的細(xì)胞生物學(xué)研究提供了強大的工具支持，具有廣泛的科學(xué)和臨床意義。
標(biāo)題：Bioorthogonal Quinone Methide Decaging Enables Live-Cell Quantification of Tumor-Specific Immune Interactions
作者：Yan Zhang, Shibo Liu, Fuhu Guo, Shan Qin, Nan Zhou, Ziqi Liu, Xinyuan Fan*, and Peng R. Chen*
鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c02052
