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T细胞受体库与个性化免疫细胞治疗

作者:网络转载

发布时间:2019-09-24

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        通用型细胞治疗是肿瘤免疫细胞治疗的一个新趋势,使得免疫细胞产品能够工业化量产,更像是药物,给普通患者带来便利。当然,除了普适性的细胞治疗产品之外,另一方面,更加“个性化”的肿瘤细胞治疗亦有需求,因为一种药物没有办法治疗所有病人,尤其是肿瘤这样高度异质性的病变。通用的细胞免疫治疗往往只针对特定的肿瘤抗原靶点,而放弃了肿瘤抗原类型不匹配的患者,那么为这类患者专门提供的更加个体化的疗法,即是“个性化”治疗的“高端”之所在。

 

       个性化治疗需要详细的掌握肿瘤患者自身的免疫系统的状况,特别是对T细胞状态的表征和把控。于是,有关于“T细胞受体库”的研究受到越来越多肿瘤免疫治疗工作者的重视。

 

T细胞发育过程中的基因重排与TCR受体库

 

       TCR是T细胞表面识别抗原,产生免疫应答的关键分子,以非共价键与CD3结合,形成复合物。TCR本身是由α链和β链(αβ-T细胞)或者γ链和δ 链(γδ-T细胞)构成的异二聚体。以外周血中占比90%以上的αβ-T细胞为例,这两条链均由可变区(V区)、恒定区(C区)、跨膜区、胞质区构成。因为可变区的高度多样性,赋予了TCR具有几乎无限的抗原识别和应答能力,包括识别并杀伤肿瘤,保护我们的机体。然而编码具有如此强大多样性TCR的基因,并非初始就存在,而是随着T细胞发育,经过基因重排之后形成的。

 

       经典的克隆选择学说认为:初始T细胞在胸腺皮质和髓质处,经过阳性选择和阴性选择最终成熟。TCR是在胚系基因的基础上,在胸腺中经过V、D、J、C基因片段重排,以及重排连接处核苷酸的插入、剪接、缺失等突变之后,形成了多样性的抗原互补决定区(CDR1、CDR2、 CDR3),即V区的3个高变区。CDR1和CDR2是由V基因编码的,是TCR与MHC复合体相互作用所必需的。CDR3是由V和J连接(α链)或者V、D和J连接(β链)的一段区域构成,直接于抗原肽结合,因此具有高度多样性。CDR3因此也被认为是决定T细胞克隆类型的区域。

 

      TCR的多样性极其丰富,可达10的15次方种,所以机体才有可能识别几乎任何抗原。个体的T细胞的所含有的TCR总数称为一个T细胞受体库(TCR repertoire或者TCR profile)。正常个体在没有抗原刺激的情况下,TCR基因重排是随机的,T细胞呈多家族、多克隆性特点。接受不同抗原刺激后,TCR的V区基因可对抗原产生特异性识别,并使带有这类基因的T细胞得到优势扩增。这也是为什么科学家们在癌症免疫治疗研究中,对TCR库的状态越来越感兴趣的原因。

 

TCR受体库测序的选择与分析

 

       TCR受体库的检测分析,传统的方法有PCR-DNA印记法、PCR-ELISA法、荧光示踪法等。随着测序技术的发展,二代高通量测序法成为TCR受体库研究的主流。目前提供TCR受体库测序的主流公司有华大基因、Adaptive Biotechnologies等。服务包括对基因组DNA或者RNA的高通量测序,通过多重PCR或是5’RACE加巢式PCR等方法构建测序文库,进而测序获得CDR3区域,或者包括CDR1和CDR2在内的更长区域的海量数据结果。

 

       关于测序目标的选择,β链是主要的研究对象,由于它在组成上多了一个D基因,具有更高的复杂度和多样性。CDR3区域由于与抗原肽直接作用,直接决定TCR的特异性,所以是首选。而CDR1和CDR2由于与抗原没有直接相互作用,研究用到的不多。不过CDR1和CDR2在与MHC分子的接触中发挥作用,所以在研究TCR结合敏感性和亲和力等相关领域有借鉴意义。要注意的是,并不是所有的方法都能够检测CDR1和CDR2,比如多重PCR法建库的时候,等位基因特异性引物被设计在V基因的不同位置,则只能进行CDR3区域的测序。

 

       TCR库测序结果的分析主要有:V、D、J基因片段使用频率,CDR3 长度,插入及缺失碱基比例、CDR3氨基酸使用模式,不同抗原受体序列丰度及文库的多样性、克隆性等。尤其是表达量超过了总 CDR3 序列的 0.5%高克隆序列(Highly enpended clone, HEC),往往反映了肿瘤患者免疫系统对机体肿瘤抗原的应激状态,对个体化肿瘤免疫细胞治疗中的新抗原发现,治疗监测及预后跟踪的研究发挥关键作用。

 

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