分享一篇近期發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，題目是“Bioorthogonal Quinone Methide Decaging Enables Live-Cell Quantification of Tumor-Specific Immune Interactions”。文章的通訊作者為北京大學陳鵬和樊新元教授。
腫瘤的發(fā)生與復雜的細胞相互作用密切相關。有效的抗腫瘤細胞免疫取決于腫瘤與細胞毒性免疫細胞，特別是細胞毒性T細胞(ctl)之間的特異性相互作用。這些相互作用直接影響腫瘤的消退和潛在的根除，強調了研究這些不同的CCIs對表征免疫反應和指導免疫治療應用的重要性。但這種相互作用仍然難以直接表征，這主要是由于它們的動態(tài)性、細胞間通訊的復雜性和規(guī)避機制。近距離標記方法已經開發(fā)出來，通過在接觸環(huán)境中原位細胞標記來研究細胞相互作用，促進檢測，分離和下游分析，但是這些方法的應用受限于基因層面操作、復雜的偶聯(lián)物的合成、額外的細胞刺激損傷或是專職抗原提呈細胞相關的應用范圍?？紤]到腫瘤T細胞相互作用的特異性和復雜性，作者設想一個合適的接近標記平臺將滿足以下屬性: (i)足夠的選擇性來檢測特定的細胞相互作用，(ii)中間體的廣泛反應性，以確保標記具有不同強度和界面間隙距離的CCIs的敏感性， (iii)對原代和/或難以轉染的細胞類型或組織樣本進行非遺傳操作，(iv)具有無創(chuàng)和可控的時空分辨率標記能力，以避免破壞標記的細胞，以及(v)化學可調性，以廣泛適用。本研究提出了一種基于醌類化合物的生物正交光催化細胞相互作用標記策略，命名為CAT-Cell，用于檢測和量化腫瘤T細胞相互作用。誘餌細胞以非遺傳方式配備了銥光催化劑。這使得誘餌細胞在可見光照射下產生反應性QM中間體，隨后標記靠近的相互作用細胞。QM探針的化學適應性確保了CAT-Cell檢測多種受體配體對誘導的CCIs的敏感性和效率，使該方法能夠量化不同強度的腫瘤T細胞相互作用，并研究腫瘤特異性T細胞在原代樣品中的腫瘤識別。此外，還通過將CAT-Cell與基于抗體的靶向系統(tǒng)相結合，證明了它的廣泛應用，并證明了NK細胞的標記能力。這些證明強調了CAT-Cell作為敏感和定量解剖腫瘤T細胞相互作用的一種有價值和通用的方法，它可以反映相互作用的強度以及免疫反應的程度。首先，作者合理設計和優(yōu)化了亞甲基醌探針的結構，通過調整探針中間體的活性和擴散半徑，使其適配于細胞間標記的環(huán)境與空間距離。之后，他們分別在小分子、蛋白質層面對該標記反應進行表征，并在CD40-CD40L介導的HEK293T細胞互作體系中進行了細胞間標記的驗證。此外，作者們還將CAT-Cell策略與抗體靶向平臺相結合，通過制備納米抗體—光催化劑偶聯(lián)物成功實現(xiàn)了特定腫瘤細胞的互作細胞鑒定與分析，展示了該策略應用于多種場景的潛力（圖1）。
圖1. 用于蛋白質和細胞水平接近標記的CAT-Cell的發(fā)展。
接下來，作者評估了其在原代組織樣本中識別腫瘤T細胞相互作用的可行性。CAT-Cell技術實現(xiàn)了模型抗原卵清蛋白(OVA)引發(fā)的MC38小鼠結腸癌細胞與OT-I轉基因小鼠脾細胞CD8+ T細胞的相互作用的檢測（圖2a-d）。同時，CAT-Cell具備在低豐度腫瘤特異性T細胞混合系統(tǒng)中檢測腫瘤T細胞相互作用的能力（圖2 e, f）。
圖2. CAT-Cell能夠從小鼠模型中檢測腫瘤特異性T細胞。
在腫瘤微環(huán)境中存在多種腫瘤—免疫細胞相互作用，其中pMHC-TCR介導的細胞間相互作用對于研究殺傷性免疫細胞特別是抗原特異性T細胞對腫瘤細胞的識別具有重要意義。然而，由于TCR具有高度多樣性和親和力低的特點，解析pMHC-TCR介導的互作細胞信息十分具有挑戰(zhàn)。接下來，作者利用CAT-Cell技術對腫瘤細胞和腫瘤浸潤淋巴細胞(til)之間的相互作用進行考察。以MC38-OVA和MC38-B2M KO腫瘤為模型（β-2微球蛋白(B2M)是MHC-I復合物抗原呈遞功能的關鍵組成部分。B2M突變會導致MHC-I表達降低，進一步導致抗原呈遞不足，從而影響T細胞識別，幫助腫瘤逃避免疫應答。）。將這些實體瘤消化成單細胞懸液。[Ir]預處理的MC38細胞分別負載OVA257 264或GP33 41肽作為不同的誘餌細胞，然后與這些腫瘤單細胞懸液共培養(yǎng)，然后用CAT-Cell標記相互作用的TILs(圖3a)。值得注意的是，只有當OVA257 264引物的MC38細胞與MC38- ova腫瘤細胞懸液孵育時，才觀察到CD8+ T細胞的顯著生物素化，證實了腫瘤特異性CD8+ T細胞的成功檢測(圖3b,c)。同時，生物素化的增加與PD-1、TIM-3、CD39、CD137、CD25和CD44的表達上調呈正相關(圖5d、e)。這表明相互作用的CD8+ T細胞表現(xiàn)出激活和/或功能障礙表型，證實了它們的抗腫瘤潛力。
圖3. 腫瘤浸潤淋巴細胞中腫瘤特異性T細胞的體外定量表征。
除了CD8+ T細胞外，作者還評估了CAT-Cell在研究腫瘤NK細胞相互作用中的標記能力。在這里，我們分別使用MC38-B2M KO和MC38-WT細胞作為誘餌細胞，并使用CAT-Cell分析不同靶細胞NK相互作用的變化(圖4)。這些發(fā)現(xiàn)突出了我們方法的特異性和敏感性，展示了cat細胞引入的生物素信號如何作為相互作用狀態(tài)的敏感化學標記物，潛在地克服了其他局限性。CAT-Cell所采用的多種衰變化學使其具有破譯多種腫瘤免疫細胞相互作用的顯著潛力。
圖4. 整合CAT-Cell與抗體為基礎的靶向系統(tǒng)和其他免疫細胞類型。
綜上所述，作者利用亞甲基醌類探針反應底物的廣泛性、化學可控性和生物相容性，結合具有時空分辨率的光催化生物正交剪切反應，發(fā)展了表征細胞間相互作用的CAT-Cell策略。該策略高效、靈敏、通用、溫和且無需基因操作，可以幫助研究者們在沒有預先了解介導細胞互作的分子信息的情況下，對多種細胞—細胞相互作用進行分析，為研究腫瘤細胞特異性識別進而深入解析免疫應答機制提供了有力工具。同時，該策略進一步將生物正交光催化這類新型化學生物學技術從胞內和胞膜拓展到細胞-細胞之間，充分體現(xiàn)了新型技術在生命科學研究中的巨大潛力和優(yōu)勢。
