具体实施方式
实施例1:嵌合抗原受体分子设计
发明人前期筛选靶向人ROR1蛋白的抗体,获得多个单克隆抗体,从中筛选出亲和力最高的抗体分子,选用其包含重链和轻链的ScFv片段作为本发明所示嵌合抗原受体的抗原结合域,该抗原结合域可与目标抗原高水平结合,其亲和力可达1.51E-09nM。
为获得安全而有效的CART细胞,本发明中提供了两种嵌合抗原受体结构,如图1所示,图1A所示结构为经典的第二代CAR结构,包括信号肽、抗人ROR1 scFv、铰链区、跨膜区、4-1BB胞内域和CD3ζ胞内域;图1B所示结构所示的结构中引入了Fc片段,构建Fc-CAR结构,包括信号肽、Fc片段(具体为人IgG1片段)抗人ROR1 scFv、铰链区、跨膜区、4-1BB胞内域和CD3ζ胞内域,通过引入Fc片段,改善肿瘤微环境,抑制肿瘤对T细胞的逃逸效应,提高CART治疗的安全性,提高生物利用度。
所述抗人ROR1 scFv由本实验室保存,包括重链可变区和轻链可变区,所述重链可变区包含分别如SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2和SEQ ID NO:3所示的HCDR1、HCDR2和HCDR3;所述轻链可变区包含分别如SEQ ID NO:4、SEQ ID NO:5和SEQ ID NO:6所示的LCDR1、LCDR2和LCDR3。进一步的,所述重链可变区的氨基酸序列如SEQ ID NO:7所示;所述轻链可变区的氨基酸序列如SEQ ID NO:8所示。
Fc片段的种类较多,包括IgG、IgM、IgA、IgD等,且不同物种之间差异较大,为了降低体内应用过程中的排斥反应,本发明中选用人体中含量最丰富的人IgG1片段,氨基酸序列如SEQ ID NO:9所示。
通过分子生物学和生物信息学检索获得其他相关元件的序列结构,其中信号肽氨基酸序列如SEQ ID NO:10所示;所述铰链区氨基酸序列如SEQ ID NO:11所示;所述跨膜区氨基酸序列如SEQ ID NO:12所示;所述4-1BB胞内域氨基酸序列如SEQ ID NO:13所示;所述CD3ζ胞内域氨基酸序列如SEQ ID NO:14所示。
实施例2:CART细胞制备
根据上述元件的氨基酸序列,通过逆转录、核酸扩增等方式获得其核苷酸序列,并将相应的基因片段插入慢病毒表达载体pLent-EF1a-FH-CMV-RFP-P2A-Puro载体中。将上述表达载体经电转化导入DH5αE.coli中,经测序正确后,使用质粒提取试剂盒(购自QIAGEN公司)提取并纯化质粒。
在37℃5%CO2培养箱中恒温培养293T细胞,使其在转染前生长密度达到70%-80%,更换新鲜培养基备用;分别将脂质体,以及上述纯化质粒与pLP/VSVG、pLP1、pLP2质粒混合物使用无血清DMEM-HG培养基稀释,随后将二者混合均匀,室温静置15min形成脂质体/DNA复合物;将上述脂质体/DNA复合物加入到准备好的293T细胞中,混合均匀后37℃培养12-18小时,然后更换新鲜培养基继续培养48小时,离心收集重组病毒,经测定重组病毒的滴度达到2.82×106pfu/mL以上,符合实验要求。
取新鲜健康志愿者外周血10mL,采用RosetteSep T cell enrichment Cocktail(购自Stemcell公司)和Ficoll-Paque PLUS(购自GE Healthcare公司)提取人T细胞,具体步骤按照说明书进行。将前述步骤中收集得到的病毒,按2:1比例加入到T细胞培养基中,转入5%CO2,37℃培养箱中培养48小时。使用流式细胞仪检测CAR修饰T细胞的阳性率,结果显示CART细胞阳性率达90%以上。为了便于区分,本发明中所提供的具有如实施例1中所述两种结构的嵌合抗原受体的T细胞,分别记为ROR1-CART和Fc-ROR1-CART。
实施例3CART细胞对肿瘤细胞的体外杀伤效应
据报道,ROR1抗体对多种血液肿瘤和实体肿瘤具有抑制作用,而根据本发明的前期实验结果可知,本发明中所提供的含有SEQ ID NO:1-3所示HCDR和SEQ ID NO:4-6所示LCDR等CDR区域的单克隆抗体对于造血系统肿瘤细胞具有较强的识别能力和杀伤作用,因此本实施例中主要验证相关CART细胞对于血液肿瘤细胞的抑制作用。
多种造血系统肿瘤中均表达ROR1,本发明中选用NB4(急性髓系白血病细胞系)、K562(慢性髓系白血病细胞系)、Raji(淋巴瘤细胞系)和U266(多发性骨髓瘤细胞系)作为研究对象,通过CCK-8法检测杀伤作用。具体方法包括:
(1)将上述肿瘤细胞接种于培养皿中,细胞生长至对数生长期后,更换新鲜培养基备用;
(2)培养ROR1-CART细胞和Fc-ROR1-CART细胞,待细胞处于对数生长期后,更换新鲜培养基备用;
(3)分别离心收集肿瘤细胞和修饰的T细胞,按1:1比例混合,然后接种于96孔板中,37℃细胞培养箱培养48小时。
(4)每孔加入CCK-8(Dojindo,日本)试剂(20μL/孔),37℃细胞培养箱孵育2小时后,450nm处测定吸光度;
(5)根据CCK-8试剂盒(Dojindo,日本)说明书,统计活细胞数目并推算杀伤效率:杀伤率=[((T+E)-T&E)/T]×100%
其中,T代表活的靶细胞数量;E代表活的效应细胞数量;则T+E等于活的靶细胞和效应细胞的总数;T&E代表靶细胞经效应细胞杀伤后的活细胞数量。
如图2所示,本发明所提供的嵌合抗原受体修饰的T细胞对于多种血液肿瘤细胞均有抑制作用,但是不同结构的嵌合抗原受体对不同种类的肿瘤细胞展现了不同的抑制效果。对于NB4细胞,两种修饰的T细胞表现出几乎相同的抑制能力;对于K562和Raji细胞,Fc-ROR1-CART的抑制能力更强,均显著强于ROR1-CART细胞;对于U266细胞,ROR1-CART细胞的抑制能力却强于Fc-ROR1-CART细胞,这可能与不同种类细胞中,ROR1表达的位置、数量有关,当然还可能受到IgG1结合能力不同的影响。无论其详细作用机理如何,本发明所提供的CART细胞,均对上述血液肿瘤细胞表现出较强的杀伤能力,提示上述CART细胞能够用于治疗白血病、淋巴瘤和骨髓瘤等血液肿瘤。
实施例4CART细胞对血液肿瘤的体内抑制效应
为了进一步验证本发明中所提供的CART细胞的抗肿瘤效果,本节中选择采用K562(慢性髓系白血病细胞系)和Raji(淋巴瘤细胞系)构建动物模型,研究体内抗肿瘤效果。
4.1动物模型制备与治疗
采用C57BL/6小鼠,6-8周龄,均为雌性,体重18-23g。实验动物在SPF级恒温恒湿房间内饲养5天,适应环境;在37℃5%CO2环境中培养K562或Raji细胞,每2-3天进行传代培养,调整细胞至对数生长期;离心收集细胞,无菌生理盐水重悬细胞,调整浓度为1×107个/mL,剃去C57BL/6小鼠右侧腹部体毛,将100μL细胞悬液注射入小鼠右前侧胁部皮下。每日观测肿瘤生长情况,当肿瘤直径达到3mm和5mm之间时进行后续实验。
造模成功后,将实验动物随机分为三组,每周分别注射ROR1-CART细胞(2×106个/只)、Fc-ROR1-CART细胞(2×106个/只)和等体积的生理盐水,治疗4周后尾静脉取血,留存血液样本,处死小鼠。
4.2肿瘤体积
实验动物给药4周后检测肿瘤体积变化,使用游标卡尺测量肿瘤的尺寸,肿瘤体积(L x W2)/2估算,其中L是长度或最长尺寸,W是肿瘤的宽度。
结果如图3所示,治疗4周后,CART细胞能够明显抑制小鼠体内肿瘤生长速度,与对照组相比,肿瘤体积大幅度减小。此外,与细胞实验中的结果类似,Fc-ROR1-CART展现出了更强的抗肿瘤作用,这可能是由于一方面本发明中所提供的靶向ROR1结合的ScFv具有较强的结合目标抗原的能力,使得抗肿瘤效果加强;另一方面Fc片段可延长融合蛋白的半衰期,提高生物利用度,还具有一定的免疫调节功能,可进一步强化肿瘤免疫效果。
4.3CART影响血液肿瘤模型中细胞因子表达
血液肿瘤的发生发展受多种因素影响,抗体发挥抗肿瘤作用也与细胞因子分泌、免疫细胞活化、缺氧环境形成和肿瘤微环境变化等多种因素相关,其中在抗体治疗过程中,免疫因子的表达水平发生变化,可介导一系列免疫机制,发挥协同抗肿瘤作用。因此,本发明中为初步探讨CART细胞的作用机制,检测了治疗后小鼠血浆中IFN-γ、IL-2和TNF-α水平变化。
治疗4周后尾静脉取血,离心收集血清,使用ELISA法检测血浆中的IFN-γ、IL-2和TNF-α浓度,如图4所示,在K562细胞模型中,CART细胞治疗能够提高细胞因子的表达,IFN-γ、IL-2和TNF-α浓度均有所提高,说明CART细胞能够激起动物体内的免疫反应,发挥协同的抗肿瘤作用;具体而言,ROR1-CART细胞和Fc-ROR1-CART细胞在诱导IFN-γ和TNF-α表达方面未见限制差异,但对于IL-2,Fc-ROR1-CART细胞治疗后表现出了相对低水平的表达,而据报道IL-2是免疫细胞过继治疗中细胞因子风暴中的主要效应因子,这说明经过Fc片段修饰的CART细胞可在一定程度上防止细胞因子风暴的发生。
如图5所示,在Raji细胞模型中,本发明中所提供的两种CART细胞也均展示出了调节细胞因子表达水平的能力,IFN-γ、IL-2和TNF-α浓度均有所提高,与在K562细胞模型中类似,Fc-ROR1-CART细胞能够在一定程度上抑制IL-2的分泌,防止细胞因子风暴的发生;不同的是,在Raji细胞模型中,Fc-ROR1-CART细胞展现出了更强的促进IFN-γ、TNF-α等抑癌因子分泌的能力,可以发挥更强的抗肿瘤作用,这也印证了在Raji细胞模型中,肿瘤体积变化明显,使用Fc-ROR1-CART细胞治疗后,肿瘤体积更小,受到了显著抑制。
虽然本发明参考其示例性的实施例已经进行了具体显示和描述,本领域的技术人员应当理解的是,在不偏离由所附权利要求书所涵盖的本发明的范围的情况下,可以在其中做出在形式和细节方面的多种改变。
序列表
<110> 北京创世客生物技术有限公司
<120> 一种嵌合抗原受体(CAR)及其应用
<160> 14
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 8
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
Leu Asn Asp Gln Ser Gly Gln Thr
1 5
<210> 2
<211> 9
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
Asp Asp Ile Trp Ser Gly Ala Tyr Tyr
1 5
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<211> 12
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
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<210> 4
<211> 8
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
Leu Ala Ser Gly Gln Arg Asn Phe
1 5
<210> 5
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<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 5
Glu Ile Val Tyr Gln Gln
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<210> 6
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<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
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<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 7
Gln Ser Pro Glu Glu Ser Val Gly Arg Leu Val Thr Pro Thr Thr Pro
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Ile Trp Ser Gly Ala Tyr Tyr Arg Ser Trp Ile Thr Arg Asp Thr Asn
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Lys
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<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
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65 70 75 80
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<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 9
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Ile Ser Arg Thr Pro Glu Val Thr Cys Val Val Val Asp Val Ser His
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Glu Asp Pro Glu Val Lys Phe Asn Trp Tyr Val Asp Gly Val Glu Val
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100 105 110
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165 170 175
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Asp Lys Ser Arg Trp Gln Gln Gly Asn Val Phe Ser Cys Ser Val Met
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Ser Gln Pro Leu Ser Leu Arg Pro Glu Ala Cys Arg Pro Ala Ala Gly
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<213> 人工序列(Artificial Sequence)
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Pro Glu Glu Glu Glu Gly Gly Cys Glu Leu
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