诺奖技术新应用：西湖大学谢琦/曹龙兴团队利用蛋白从头设计增强CAR

来源：生物世界 2024-10-22 09:39

该研究开发了一种策略，利用从头设计的结合蛋白（de novo-designed binder，DNDB）代替典型的scFv作为肿瘤表面抗原结合域，以增强CAR-T细胞的抗肿瘤潜力。

西湖大学生命科学学院谢琦、曹龙兴团队（夏真、金启涵为共同第一作者）在Nature 子刊NatureBiomedicalEngineering上发表了题为：Targeting overexpressed antigens in glioblastoma via CAR T cells with computationally designed high-affinity protein binders的研究论文。

该研究利用计算蛋白质设计，从头设计了靶向胶质母细胞瘤细胞表面高表达的肿瘤抗原EGFR和CD276的高亲和力结合蛋白（binder），代替典型的scFv来构建细胞，用于胶质母细胞瘤的治疗，显示出了更强的实体瘤治疗效果。

谢琦，2007年本科毕业于中国农业大学生物学院，2012年博士毕业于中国科学院生物物理研究所，2013年初进入克里夫兰医学中心进行博士后研究，师从国际肿瘤领域先驱之一Jeremy Rich教授，2019年加入西湖大学生命科学学院，任研究员、助理教授，从事肿瘤干细胞以及脑肿瘤的相关研究。

曹龙兴，2012年毕业于山东大学生命科学学院，2017年博士毕业于中国科学院生物化学与细胞生物学研究所，2017年进入华盛顿大学蛋白质设计研究所进行博士后研究，师从蛋白质设计先驱DavidBaker教授（2024年诺贝尔化学奖得主），2021年加入西湖大学生命科学学院，任研究员、助理教授，从事蛋白质设计领域相关研究。

近年来，随着人工智能（AI）领域的发展，计算蛋白质设计领域得到了长足进步，使得我们能够生成具有预先定义的靶向位点和结合构象的蛋白质结合剂，以实现所需的功能。该领域的先驱DavidBaker 教授更是获得了今年的诺贝尔化学奖。

这种从头设计的结合蛋白可以完全通过计算机模拟设计，具有原子级别的精确度，并且它们对靶标分子具有特异性结合作用，结合亲和力在纳摩尔至皮摩尔之间。

从头设计的结合蛋白能够克服天然蛋白来源的结合剂（例如scFv）固有的许多生物化学限制，因为其具有独特的生物化学和热力学特性：体积小、溶解度高、稳定性极佳且可高度工程化。

目前已有研究从头设计具有皮摩尔级亲和力的SARS-CoV-2病毒抑制剂、细胞因子模拟物和细胞信号调节剂，这为蛋白质药物开发开辟了全新的道路。

研究团队认为，从头设计能够识别肿瘤相关抗原（TAA）的新型结合蛋白也可以用于CAR-T细胞疗法，以进一步提高其治疗潜力。

在这项最新研究中，研究团队开发了一种新型CAR-T细胞疗法，其使用从头设计的结合蛋白（de novo-designed binder，DNDB）代替典型的scFv来靶向表面抗原。该研究开发的DNDB-CAR-T细胞在体外和体内都表现出更好的抗肿瘤效果。这项研究确定了一种设计CAR-T细胞胞外抗原结合域的新方法，具有精确的结合构型和高亲和力，为CAR-T细胞治疗提供了潜在的治疗获益。

具体来说，研究团队从头设计了具有高亲和力的binder，能够靶向在胶质母细胞瘤细胞表面高表达的抗原EGFR（表皮生长因子受体）或CD276，进而用于开发CAR-T细胞疗法。

相比于使用抗体来源的ScFv作为抗原结合域的CAR-T细胞，该研究中从头设计的抗原结合域促进了CAR-T细胞的增殖、细胞毒性细胞因子的分泌且能够抵抗CAR-T细胞耗，并在体外和体内均提高了抗肿瘤效果。此外，含有binder的CAR表现出更高的细胞表面表达和更强的抗降解能力。这项研究表明，为特定肿瘤抗原重新设计结合域可能增强CAR-T细胞疗法对实体癌的抗肿瘤疗效。

总的来说，该研究开发了一种策略，利用从头设计的结合蛋白（de novo-designed binder，DNDB）代替典型的scFv作为肿瘤表面抗原结合域，以增强CAR-T细胞的抗肿瘤潜力。该研究从头设计的EGFR和CD276 binderCAR -T细胞不仅局限于靶向胶质母细胞瘤，还可能有效治疗许多其他高表达EGFR或CD276的实体瘤，例如非小细胞和胰腺导管腺癌。此外，在未来的研究中，探索用于其他肿瘤相关抗原的DNDB对CAR-T细胞治疗抗肿瘤疗效的影响将是非常有趣的。

据悉，研究团队已与临床医院合作，正在开展CD276 binder CAR-T细胞治疗复发性胶质母细胞瘤的研究者发起的临床实验（IIT）。

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