靶向B7-H3的新型三特异性杀伤细胞衔接器增强自然杀伤细胞抗头颈癌活性

Novel trispecific killer engager targeting B7-H3 enhances natural killer cell antitumor activity against head and neck cancer

作者信息Melissa J Khaw, Nicholas A Zorko, Philippa R Kennedy, Laura E Bendzick, Madison Shackelford, Carly Selleck, Peter Hinderlie, Joshua T Walker, Yvette Soignier, Riley C Lyons, Elise L Femino, Terran Stenger, Tumpa Dasgupta, Laura E Kotz, Mihir Shetty, Shee Kwan Phung, Eng Hock Lee, Quynhanh Lu, James Lim, Paolo P Provenzano, Naomi Fujioka, Zachary B Davis, Melissa A Geller, John E Wagner, Margaret L MacMillan, Martin Felices, Jeffrey S Miller
PMID40707133
发布时间2025-07-23
DOI10.1136/jitc-2024-011370

实验完整度

包含体外细胞系功能实验、患者样本验证、缺氧模型、三维球体模型及体内NSG小鼠模型等多层次验证,并进行了机制和功能学分析。

主要模型

HPV阴性头颈鳞状细胞癌细胞系(Cal27、Cal33) FANCA敲除的Cal27、Cal33细胞系 NSG小鼠异种移植瘤模型 HPV阴性HNSCC患者外周血单个核细胞

重点核对

B7H3 TriKE的浓度(3 nM) IL-15等功能浓度(0.2 nM) NK细胞与靶细胞比例(2:1、5:1、20:1) 缺氧条件(1%氧气) 体内给药方案(皮下注射,每周三次,50 μg/剂量)

摘要

背景:头颈鳞状细胞癌(HNSCC)患者,尤其是人乳头瘤病毒阴性(HPV−)亚型,预后较差。此外,范可尼贫血(FA)患者具有遗传易感性,HNSCC发病率高出500至700倍。因此,需要新的更有效的疗法。由于当前免疫疗法常因肿瘤微环境(TME)中的抑制性因素而失败,我们开发了一种三特异性杀伤细胞衔接器(TriKE),向自然杀伤(NK)细胞传递多种信号,以克服缺氧TME。该TriKE由一个与NK细胞上CD16结合的骆驼科纳米抗体、一个白细胞介素(IL)-15部分,以及另一个与B7-H3抗原结合的新型骆驼科纳米抗体组成,B7-H3在肿瘤细胞表面高表达且具有特异性。方法:使用哺乳动物表达系统生成B7H3 TriKE。使用基于流式细胞术的NK细胞脱颗粒、细胞因子产生、增殖和活细胞成像细胞毒性实验评估其功能。建立急性及长期缺氧(1%氧气)模型以评估肿瘤杀伤。使用植入人HNSCC的NOD-scidIL2Rgnull(NSG)小鼠研究IL-15治疗与TriKE治疗小鼠之间的肿瘤进展、NK细胞持续存在和生存差异。结果:在HPV− HNSCC细胞系中发现高B7-H3表达,即使FA基因被敲除也是如此,癌症基因组图谱患者数据显示,在HPV− HNSCC患者中,高B7-H3表达预示较差生存期。与在健康供体中观察到的NK细胞活性类似,B7H3 TriKE增强了来自HPV− HNSCC患者(该疗法的目标人群)NK细胞的活化、扩增和细胞毒性。此外,在HNSCC三维球体模型中,B7H3 TriKE改善了NK细胞的细胞毒性。在急性和长期缺氧(1%氧气)条件下,B7H3 TriKE介导了增强的肿瘤杀伤,减轻了缺氧对NK细胞细胞毒性的损害。在体内,B7H3 TriKE治疗的小鼠表现出显著的抗肿瘤活性和延长的生存期。结论:B7H3 TriKE是一种新型免疫治疗方法,能够克服HNSCC TME中NK细胞的缺氧抑制。这些高度转化的研究为HNSCC患者提供了一种创新疗法,并将进一步开发用于临床应用。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
B7H3 TriKE是否能通过结合CD16和IL-15信号增强NK细胞对HPV阴性HNSCC的杀伤作用,并克服肿瘤微环境中的缺氧抑制?
核心机制
B7H3 TriKE通过其CD16结合臂和IL-15部分,同时提供CD16激动信号和IL-15刺激,增强NK细胞的脱颗粒、细胞因子产生、增殖和细胞毒性,从而克服缺氧诱导的NK细胞功能抑制。
主要证据
体外实验显示B7H3 TriKE显著增加NK细胞脱颗粒(CD107a)和IFN-γ产生,增强对Cal27和Cal33细胞及其球体的杀伤;缺氧模型(急性及长期)中仍能维持杀伤;在NSG小鼠模型中,B7H3 TriKE治疗组中位生存期延长(42天 vs 35天),肿瘤生长延迟。
研究意义
B7H3 TriKE作为一种新型免疫治疗策略,有望临床应用于HPV阴性HNSCC患者(包括FA患者),并可能扩展到其他高表达B7-H3的肿瘤。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

B7H3 TriKE的生成与表征

生成靶向B7-H3的TriKE蛋白,并验证其结构、纯度和双重靶标结合能力。

利用Expi293哺乳动物表达系统表达B7H3 TriKE,通过SDS-PAGE验证蛋白纯度,通过ELISA验证其同时结合CD16A和B7-H3的能力,通过MALDI-TOF分析蛋白多聚体状态。

2

验证B7-H3表达和TriKE结合特异性

确认HNSCC细胞系中B7-H3表达水平以及TriKE与B7-H3的特异性结合。

通过流式细胞术检测HPV− HNSCC细胞系(Cal27、Cal33)及FANCA敲除细胞系的B7-H3表达,以及TriKE与细胞表面的结合;使用B7-H3敲除的BT12/BT16细胞系作为阴性对照。

3

体外功能验证:NK细胞脱颗粒和细胞因子产生

评估B7H3 TriKE是否能激活NK细胞,并增强其脱颗粒和IFN-γ产生。

将PBMC与Cal27或Cal33共培养,在存在equifunctional IL-15或3 nM B7H3 TriKE的条件下,通过流式细胞术检测CD107a(脱颗粒标志)和细胞内IFN-γ。比较TriKE与BiKE、B7H3单域体的激活能力,并测试在FANCA敲除细胞系中的作用。

4

实时肿瘤杀伤实验(2D和3D)

评估B7H3 TriKE增强NK细胞对HNSCC细胞的杀伤能力,包括二维单层和三维球体模型。

将Nuclight red标记的Cal27/Cal33细胞与NK细胞共培养,加入equifunctional IL-15或3 nM B7H3 TriKE,通过IncuCyte实时监测肿瘤细胞杀伤。三维实验中,先形成球体再添加NK细胞。

5

缺氧模型下杀伤实验

评估B7H3 TriKE在急性或长期缺氧条件下能否维持NK细胞杀伤功能。

利用AVATAR阻抗平台在1%氧气条件下测量NK细胞杀伤。急性缺氧:将NK细胞和靶细胞在1%氧气下共培养48小时。长期缺氧:NK细胞在1%氧气下培养7天,随后进行杀伤实验。

6

患者样本验证:CyTOF和功能实验

评估B7H3 TriKE对HPV− HNSCC患者NK细胞的功能影响。

使用CyTOF分析患者NK细胞表型(包括CD16、CD69、PD-1等)。通过功能实验检测B7H3 TriKE对患者PBMC中NK细胞脱颗粒、IFN-γ产生、肿瘤杀伤和增殖的影响。

7

体内药效研究:NSG小鼠模型

评估B7H3 TriKE在体内的抗肿瘤效果,并验证其依赖NK细胞。

在NSG小鼠中皮下接种Cal33细胞,3天后静脉注射扩增的NK细胞,然后每周三次皮下注射equifunctional IL-15或50 μg B7H3 TriKE,测量肿瘤体积和生存期。

8

肿瘤浸润分析

分析B7H3 TriKE治疗后肿瘤内NK细胞浸润及其与肿瘤坏死的关系。

在肿瘤大小约1000 mm3时给予NK细胞和药物,一周后收获肿瘤,进行流式检测、H&E染色和多重空间组织学分析,评估NK细胞浸润、CD16、CD69、Ki67表达及坏死程度。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI-1640培养基Gibco2240-089
MEM培养基Corning10-010-CV
DMEM培养基CorningMT10013CV
胎牛血清Gibco26140079
青霉素-链霉素Gibco15140122
Alpha MEM培养基Gibco12571
马血清Gibco26050088
重组人IL-2PrometheusNDC
β-巯基乙醇Sigma AldrichM7522
Expi293F细胞GibcoA14527
His-Trap excel 纯化柱Cytiva17371206
HiPrep 26/10 脱盐试剂盒Cytiva17508702
One-Step Blue 蛋白染色液Biotium21003-1L
Qubit蛋白定量试剂盒InvitrogenQ33211
DuoSet ELISA辅助试剂盒R&DDY008B
Lightning-Link HRP偶联试剂盒Abcamab102890
Amicon Ultra离心过滤器Millipore SigmaUFC505096
Pierce牛血清白蛋白Thermo Fisher Scientific23209
芥子酸Bruker8201345
不锈钢靶板Bruker8280784
APC抗人B7-H3抗体Invitrogen17-2769-42
Live/Dead可固定近红外染料InvitrogenL34976
PE抗His标签抗体BioLegend362603
APC抗His标签抗体BioLegend362605
Ficoll-Paque Premium分离液GE HealthcareGE17-5442-03
EasySep人NK细胞富集试剂盒STEMCELL Technologies19055
刃天青R&D SystemsAR002
GolgiStop蛋白转运抑制剂BD Biosciences554724
GolgiPlug蛋白转运抑制剂BD Biosciences555029
PE-CF594抗人CD3抗体BD Biosciences562280
PE-Cy7抗人CD56抗体BioLegend318318
BV650抗人IFN-γ抗体BioLegend502538
IncuCyte Nuclight红色慢病毒Sartorius4625
IncuCyte ZOOM活细胞成像系统Sartorius--
96孔平底板Corning353072
超低附着96孔板Corning7007
AVATAR AI阻抗仪Applied Biophysics96W20idf
Cell-ID 20-Plex Pd条形码标记试剂盒Fluidigm201060
Cell-ID核酸嵌入剂Fluidigm201192A
Helios质谱流式细胞仪Standard Biotools--
CellTrace Violet细胞增殖染料InvitrogenC34557
xCELLigence实时细胞分析系统AgilentH063028
NOD-scidIL2Rgnull (NSG)小鼠The Jackson Laboratory005557
基质胶Corning--
BV785抗小鼠CD45抗体BioLegend103149
BV605抗人CD45抗体BioLegend368524
FITC抗人CD16抗体BioLegend302006
APC抗人B7-H3抗体BioLegend--
gentleMACS Octo组织处理器Miltenyi Biotec--
肿瘤解离试剂盒Miltenyi Biotec130-095-929
Phenocycler Fusion空间组织分析平台Akoya Biosciences--
抗人CD45抗体Akoya Biosciences4550121
抗人颗粒酶B抗体Akoya Biosciences4250055
抗人Ki67抗体Akoya Biosciences4450096
抗人广谱细胞角蛋白抗体Akoya Biosciences4450093
抗人CD7抗体Abcamab230834
抗体偶联试剂盒Akoya Biosciences7000009
IncuCyte S3活细胞成像系统Sartorius4647

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
B7H3 TriKE的生成与表征
Expi293F细胞表达系统;蛋白纯化条件(His-Trap excel柱);TriKE蛋白纯度(SDS-PAGE);ELISA捕获/检测蛋白;MALDI-TOF分析条件。
阅读提示:见Methods部分:“B7H3 TriKE plasmid design and protein production”、“ELISA”、“MALDI-TOF”
体外功能实验(脱颗粒、细胞因子、杀伤)
NK细胞来源(健康供体或患者PBMC);富集NK细胞或PBMC;效靶比(2:1、5:1、20:1);TriKE浓度(3 nM)及equifunctional IL-15浓度(0.2 nM);孵育时间(5小时脱颗粒/IFN-γ,48小时杀伤,球体96小时)。
阅读提示:见Methods部分:“Peripheral blood mononuclear cells and NK cell isolation”、“Functional assay”、“Real-time tumor killing assay”;Figure legends 2、3
缺氧模型
缺氧浓度(1%氧气);急性缺氧:AVATAR AI系统,共培养48小时;长期缺氧:NK细胞在1%氧气下培养7天;处理条件(3 nM TriKE或equifunctional IL-15)。
阅读提示:见Methods部分:“Tumor killing in acute hypoxia using AVATAR advanced impedance assay”、“Prolonged hypoxia modeling using AVATAR (Xcell Biosciences) incubators”
患者样本分析
患者HPV− HNSCC诊断;PBMC分离和冻存条件;CyTOF抗体面板;功能实验中TriKE浓度和处理时间;杀伤实验效靶比(20:1);增殖实验培养时间(7天)。
阅读提示:见Methods部分:“Blood from healthy donors and patients with HPV− HNSCC, and data from The Cancer Genome Atlas”、“Time-of-flight mass cytometry”、“Proliferation assay”、“Tumor killing using xCELLigence impedance assay”
体内实验
NSG小鼠周龄(8-10周);细胞接种数量(Cal33 2.5×10^5或1×10^6)与Matrigel比例(1:1);NK细胞数量(5×10^6或2.5×10^6);TriKE剂量(50 μg/dose)和给药途径(皮下);给药频率(每周三次);对照(equifunctional IL-15)。
阅读提示:见Methods部分:“Cal33 xenograft mouse model”、“Mouse xenograft tumor infiltration study and histology”;Figure legend 6