细胞治疗的“智能开关”：SNIPR受体如何让抗癌细胞“有的放矢”

在哺乳动物合成生物学领域，尽管已有进展，但目前仍缺乏能够对可溶性配体产生强响应并激活特定细胞功能的模块化合成受体。这种受体在调节工程化治疗细胞的活性方面具有巨大的临床潜力，但此前的研究主要集中在针对细胞表面靶标的受体上。为了填补这一空白，研究人员开发了SNIPR平台，使其能够被可溶性配体激活。

这种名为合成膜内蛋白酶受体（SNIPR）的新型工程化受体被详细介绍于《Natrue》杂志。该受体能够响应可溶性配体，并激活定制的细胞功能，为细胞治疗和疾病感知提供了新的工具。

研究内容

在细胞的生化信号转导过程中，对可溶性小分子的感知与反应极为关键。但当前用于可溶性因子的生物传感器发展受限，现有技术如CAR T细胞、MESA受体平台等都存在不足。此次研究的SNIPR受体基于Notch架构优化而来，具备紧凑、易调节的特性。

图 1 SNIPR受体的设计原理和功能验证

研究显示，SNIPR能通过内吞、pH依赖的裂解机制，对多种天然和合成的可溶性因子产生反应，且基线活性低、激活倍数高。科研人员设计了针对肿瘤相关细胞因子TGFβ、血管内皮生长因子VEGF等的SNIPR。从图1b、1c中可以看到，当添加重组激活的TGFβ和重组VEGF时，携带相应SNIPR的人类CD3+ T细胞能显著激活并发出信号，而等效的synNotch受体则无反应。同时，研究人员还开发出能检测基质信号因子FGF2和炎症细胞因子IFNγ的功能性SNIPR，充分表明SNIPR可作为检测癌症相关和炎症性可溶性信号分子的通用受体架构。

图 2 SNIPRs独特的激活机制

为深入探究SNIPR的激活机制，研究人员开展了一系列实验。从图2a可知，研究人员利用小分子抑制剂干扰潜在的激活步骤，发现抑制γ-分泌酶会影响所有基于Notch的受体，而抑制ADAM蛋白酶仅阻碍CD19反应性synNotch和部分SNIPR的激活，阻断内体酸化则选择性抑制可溶性SNIPRs的激活。图2c、2d、2e的共聚焦成像结果也证实，TGFβ SNIPR与荧光标记的TGFβ1配体接触后会共定位，并随后重新分布到内部隔室，且与内吞标记物LysoTracker共定位，表明其激活可能通过内体途径。

图 3 orthoSNIPR信号系统的构建和应用

科研团队还构建了基于orthoSNIPR的生物正交信号系统。从图3a可见，通过设计不同几何形状和价态的合成配体，可调节信号强度，更高价态的配体通常具有更高的灵敏度和协同性。图3b展示了利用五组不同的合成异二聚体对创建的生物正交通信网络，部分受体完全正交，仅对特定配体有反应，而部分则具有交叉反应性，这使得能够设计更复杂的网络。此外，研究人员还通过多种方式对orthoSNIPR信号进行调节，如突变铰链半胱氨酸、设计条件性信号通路等，还发现将orthoLigands与针对溶酶体穿梭蛋白的结合剂连接可增强信号强度，且sender细胞分泌的配体可激活receiver细胞的SNIPR，实现细胞间自主通信。

图 4 通过可溶性配体实现工程化细胞间通信的体外评估结果

在细胞疗法方面，研究人员将SNIPR与CAR T细胞疗法结合，以解决CAR T细胞疗法的脱靶毒性问题。从图4a-4e可知，在体外实验中，SNIPR-BFP电路T细胞与肿瘤细胞系共培养时，其激活与肿瘤细胞分泌的TGFβ1或VEGF相关，且这种激活具有特异性。图4f、4g展示了在体内实验中，TGFβ SNIPR-HER2 CAR T细胞能显著抑制肿瘤生长，且避免了传统CAR T细胞疗法导致的体重减轻等毒性反应。并且经实验验证TGFβ SNIPR-HER2 CAR T在A549肺癌和A375黑色素瘤异种移植模型中均表现出良好的治疗效果。

这项研究不仅为细胞治疗提供了一种新的工具，能够更精确地控制CAR-T细胞的活性，还为合成生物学领域提供了一种新的方法来设计和构建细胞间的通信网络。SNIPR的开发为未来开发更复杂、更精确的细胞治疗策略奠定了基础，有望在癌症治疗、免疫调节和再生医学等领域发挥重要作用。

研究人员表示，未来将进一步探索SNIPR的机制，并优化其设计，以实现更高效的信号传导和更广泛的临床应用。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08366-0