Т-клетки с рецепторами Co-STAR атакуют опухоли с низкой плотностью антигенов

Для борьбы с раком используются различные виды Т-клеточной терапии, при которой собственные Т-лимфоциты организма модифицируют таким образом, чтобы они атаковали опухоль. Так, можно «научить» Т-клетки экспрессировать TCR (Т-клеточные рецепторы), нацеленные против антигенов, которые представлены на опухолевых клетках. Еще один вариант Т-клеточной терапии подразумевает использование химерных антигенных рецепторов (CAR), в которых внеклеточная часть представлена фрагментом антитела. Тем не менее, с применением Т-клеточной терапии в клинике связан ряд проблем. Например, через некоторое время после введения Т-клетки исчезают, что может приводить к рецидивам. Еще одно ограничение подхода связано с выбором антигена: нужно подобрать такой, который был бы представлен только на опухолевых клетках, чтобы Т-лимфоциты не атаковали здоровые ткани организма. Исследователи из США учли эти недостатки и разработали модифицированные рецепторы Co-STAR для Т-клеточной терапии, объединяющие преимущества CAR и TCR и подходящие для борьбы с опухолями с низкой плотностью антигенов.

Co-STAR (костимуляторный синтетический TCR и рецептор антигена, costimulatory synthetic TCR and antigen receptor) — это рецептор на основе TCR, в котором антиген-распознающие участки заменены на Fab-фрагменты антител. Такой рецептор также включает в себя два костимуляторных модуля — MyD88 и CD40.

Исследователи сравнили эффективность работы разных рецепторов для Т-клеточной терапии, постепенно усложняя их структуру. В качестве мишени они использовали пептидный фрагмент TP53, содержащий самую распространенную мутацию R175H, в комплексе с HLA. Такой антиген обычно представлен на поверхности раковых клеток с оченью низкой плотностью — всего 1–2 молекулы на клетку.

Для начала ученые сравнили эффективность действия Т-клеток с обычными TCR и CAR, направленными против такого антигена, в экспериментах in vitro. Хотя CAR были более активны при высокой концентрации целевого антигена в среде, при низких же его уровнях, соответствующих реальности, более эффективными оказывались TCR. Чтобы оценить цитотоксические свойства Т-клеток с такими рецепторами, ученые использовали клеточные линии KMS26-MUT и NALM6-MUT, которые несут аллель TP53 с мутацией R175H, а также нужный аллель HLA. При совместной культивации с этими мишенями цитотоксические свойства проявляли только Т-клетки с TCR, в то время как CAR оказывались в 9 раз менее эффективными против опухолей с низкой плотностью антигена.

Одной из причин таких различий ученые посчитали различия в сигналинге, который следует после распознавания мишени рецепторами. На следующем этапе они внесли в Т-клетки новый модифицированный рецептор TRuC, который представляет собой TCR с одноцепочечными Fab-фрагментами антитела, прикрепленными к различным субъединицам рецептора. Т-клетки, несущие разные вариации TRuC, могли успешно распознавать антиген даже при низкой плотности, секретировали интерферон и убивали опухолевые клетки. Некоторые вариации TRuC даже могли сравниться по эффективности с обычными TCR — например, если фрагменты антитела прикрепляли к α- и β-цепям рецептора.

Исходя из этого, ученые получили рецепторы STAR, в которых антиген-распознающие домены TCR заменены на Fab-фрагменты антител. Они протестировали несколько версий таких рецепторов с разной ориентацией фрагментов антител, а также с наличием или отсутствием гибкого линкера между ними и остальной частью рецептора. Присутствие такого линкера в STAR оказалось очень важным: Т-клетки, несущие рецепторы с линкером, практически достигали уровня TCR по выработке интерферона и цитотоксическим свойствам. Эффективность такой Т-клеточной терапии сохранялась и in vivo, когда мышам с подсаженными опухолями клетками внутривенно вводили Т-клетки с рецепторами STAR. Они одинаково замедляли рост опухоли, как и Т-клетки с TCR, однако в конце концов мыши рецидивировали и погибали. Это было связано с тем, что введенные Т-клетки не делились.

Чтобы убрать этот недостаток, ученые ввели в структуру рецепторов костимуляторные модули. Они опробовали две вариации рецепторов Co-STAR, где в одном случае модули MyD88 и CD40 входили непосредственно в состав рецептора STAR, а в другом — в состав рецептора смерти Fas. Аналогичным образом ученые ввели костимуляторные модули и в TCR, получив две вариации Co-TCR. Такая модификация рецепторов позволила продлить время функционирования Т-клеток, которые смогли проявлять цитотоксические свойства даже спустя 3 недели совместного культивирования с опухолевыми клетками.

In vivo Т-клетки с обеими вариациями рецепторов Co-STAR могли проявлять противоопухолевую активность вплоть до 24 дней, в отличие от обычных STAR и TCR, и были эффективнее по сравнению с Co-TCR. При этом мыши, которым вводили Т-клетки с рецептором Co-STAR, где костимуляторные домены присоединены к нему напрямую, а не к рецептору смерти Fas, выживали гораздо дольше — как минимум 5 месяцев. Что важно, Т-клетки с таким рецептором делились в организме животного, даже если их не стимулировали целевым антигеном. Это явление называется тоническим сигналингом — в этом случае Т-клетки постоянно активированы на низком уровне даже в отсутствие антигена.

Полученные Т-клетки с Co-STAR рецептором сочетают в себе преимущества CAR T-клеток и клеток с модифицированным TCR, что позволяет им успешно уничтожать раковые клетки с низкой плотностью антигенов в мышиных моделях.

Химерные цитокиновые рецепторы повышают эффективность CAR-T терапии солидных опухолей