基于PiggyBac转座子系统的HER2靶向CAR-T细胞抗肿瘤作用研究

Investigation on the Anti-Cancer Effects of HER2-Targeted CAR-T Cells Engineered Using the PiggyBac Transposon System.

作者信息Tian-Tian Li, Ming-Yao Meng, Zheng Yu, Yang-Fan Guo, Yi-Yi Zhao, Hui Gao, Li-Li Yang, Li-Rong Yang, Meng-Yuan Chu, Shan He, Yuan Liu, Xiao-Dan Wang, Wen-Ju Wang, Zong-Liu Hou, Li-Wei Liao, Lin Li
PMID41179290
期刊Oncol Res
发布时间2025-10-22
DOI10.32604/or.2025.065394

实验完整度

包含体外细胞实验(细胞毒性、细胞因子检测)、体内异种移植瘤模型、流式表型分析及分子对接预测等多层级验证。

主要模型

SPC-A-1人肺腺癌细胞系 MDA-MB-231人乳腺癌细胞系 SKBR-3人乳腺癌细胞系 MDA-MB-231HER2+异种移植瘤小鼠模型

重点核对

转座子与转座酶质粒比例:抗HER2最佳为5μg:5μg,抗HER2-13最佳为10μg:5μg CAR-T细胞转染后加IL-2、IL-7、IL-21刺激,第三天去除磁珠,第12天开始加嘌呤霉素筛选 体内实验:MDA-MB-231HER2+细胞接种于乳腺脂肪垫,第0、7、14天尾静脉注射CAR-T细胞(2×10^7细胞/100μL)或曲妥珠单抗(10mg/kg),CAR-T组腹腔注射IL-2(2000IU/100μL) 细胞毒性实验:效应细胞与靶细胞比例(E:T)为8:1、4:1、2:1等,共培养24小时

摘要

背景:嵌合抗原受体T(CAR-T)细胞疗法在血液系统恶性肿瘤中显示出显著的临床疗效。然而,其在实体瘤中的应用仍受到多种挑战的实质性限制,包括脱靶效应的风险。因此,优化CAR-T细胞以实现更强的抗原结合至关重要。方法:在本研究中,我们采用了源自曲妥珠单抗的经典抗人内皮生长因子受体2(HER2)单链可变片段(scFv),以及从组合细胞CAR文库中鉴定出的抗HER2-13 scFv,用于构建第三代CAR-T细胞。同时,比较了通过PiggyBac转座子介导的基因转移转导两种scFv的CAR-T细胞的表型以及体外和体内功能。结果:在构建两种HER2靶向CAR-T细胞时,PiggyBac HER2-CAR-puro转座子与Super PiggyBac转座酶质粒的最佳比例不同。在使用优化比例质粒后,两组CAR-T细胞的扩增能力、CD3+CAR+群体、CD4+CAR+/CD8+CAR+比例以及记忆和耗竭标志物相似。两种CAR-T细胞均表现出显著的抗肿瘤活性,其中抗HER2-13 CAR-T细胞表现出更优的靶点特异性。在MDA-MB-231HER2+乳腺肿瘤异种移植模型中,两种CAR-T细胞和曲妥珠单抗均观察到治疗效果,其中抗HER2-13 CAR-T细胞显示出略微增强的疗效且无明显脱靶毒性。结论:这些结果凸显了抗HER2-13 CAR-T细胞作为HER2靶向治疗中更安全、更有效替代方案的潜力。

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
比较基于PiggyBac转座子系统构建的两种HER2靶向CAR-T细胞(抗HER2与抗HER2-13)在体外的抗肿瘤效果和特异性,并评估其在异种移植模型中的疗效和安全性。
核心机制
CAR-T细胞通过识别HER2抗原,激活CD28、4-1BB、CD3ζ信号通路,释放IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ、颗粒酶B等细胞因子和效应分子,诱导肿瘤细胞凋亡并抑制增殖。
主要证据
体外细胞毒性实验显示两种CAR-T均能杀伤HER2阳性肿瘤细胞,抗HER2-13特异性更强;体内实验显示抗HER2-13 CAR-T显著降低肿瘤重量,并增加肿瘤组织中凋亡细胞(TUNEL阳性)和减少增殖细胞(Ki-67阳性)。
研究意义
结果表明抗HER2-13 CAR-T细胞可能成为HER2靶向治疗中更安全、更有效的替代方案,具有临床转化潜力。

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

CAR载体构建与优化转染比例

构建含不同scFv的HER2靶向CAR载体,并确定最佳转座子/转座酶质粒比例以提高转染效率。

将抗HER2或抗HER2-13 scFv克隆至PiggyBac载体,通过电穿孔转染PBMC,比较不同质粒比例下的CAR表达和细胞增殖。

2

CAR-T细胞体外扩增与表型分析

比较两种CAR-T细胞的扩增能力、CAR表达及记忆/耗竭表型。

培养CAR-T细胞至16-20天,流式细胞术检测CD3+CAR+、CD4+CAR+、CD8+CAR+、记忆标志物(CD62L、CD44)及耗竭标志物(PD-1、TIM-3、LAG-3)的表达。

3

体外细胞毒性实验

评估两种CAR-T细胞对不同HER2表达水平的肿瘤细胞系的杀伤效果,并比较特异性。

将CAR-T细胞与肿瘤细胞(SPC-A-1、MDA-MB-231、SKBR-3及其HER2敲低/过表达变体)按不同E:T比例共培养24小时,CCK-8法检测细胞活性。

4

细胞因子释放检测

检测CAR-T细胞与肿瘤细胞共培养后释放的细胞因子和效应分子,探究其抗肿瘤机制。

以E:T=2:1共培养24小时后,ELISA检测上清中IL-2、IL-6、IL-10、TNF-α、IFN-γ、穿孔素、颗粒酶B、GM-CSF。

5

体内抗肿瘤活性评估

在异种移植瘤模型中比较两种CAR-T细胞和曲妥珠单抗的抗肿瘤效果及安全性。

将MDA-MB-231HER2+细胞接种于NOD-scid小鼠乳腺脂肪垫,第0、7、14天尾静脉注射CAR-T细胞或曲妥珠单抗,监测体重和肿瘤重量。

6

肿瘤组织免疫荧光染色

评估CAR-T细胞治疗后肿瘤组织中的细胞凋亡和增殖情况。

肿瘤组织切片进行TUNEL(凋亡)和Ki-67(增殖)免疫荧光染色,定量阳性细胞比例。

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。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
验证机制链路

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI1640培养基Biological Industries01-100-1ACS
胎牛血清Biological Industries04-001-1ACS
青霉素/链霉素Biological Industries03-031-1B
支原体PCR检测试剂盒Beyotime BiotechnologyC0301S
pCDH-EF1-MCS-T2A-Puro慢病毒载体System BioscienceCD527A-1
PB-EF1-MCS-IRES-Neo piggyBac载体System BiosciencesPB533A-2
2b-Nucleofector试剂盒LonzaVVPA-1002
Nucleofector 2b电转仪Lonza91720139
CD3/CD28磁珠ThermoFisher11131D
白细胞介素-2PeprotechAF-200-07-250UG
白细胞介素-7PeprotechAF-200-02-1MG
白细胞介素-21PeprotechAF-200-21-1MG
X-vivo 15培养基Lonza04-418
NutriFreez® D10冻存培养基Biological Industries05-713-1A
冻存管Thermo Scientific377267
抗CD3 PerCP-Cy5.5抗体BD Pharmingen--
抗CD4 PerCP-Cy5.5抗体BD Pharmingen--
抗CD8 PerCP-Cy5.5抗体BD Pharmingen--
抗Myc标签PE抗体CST#3739
抗CD44 PerCP-Cy5.5抗体BD Pharmingen--
抗CD62L PE抗体BD Pharmingen--
抗Tim-3 PE抗体BD Pharmingen--
抗PD-1 PE抗体BD Pharmingen--
抗LAG-3 PE抗体BD Pharmingen--
RIPA裂解液Beyotime BiotechnologyP0013
蛋白酶抑制剂混合物Roche Molecular Biochemicals4906845001
BCA蛋白浓度测定试剂盒Beyotime BiotechnologyP0010
PVDF膜MilliporeISEQ00010
抗HER2抗体Cell Signaling Technology4290S
抗β-肌动蛋白单克隆抗体Proteintech66009-1
HRP标记的山羊抗小鼠IgG (H+L)ProteintechRGAM001
HRP标记的山羊抗兔IgG (H+L)Proteintech10435-1-AP
ECL蛋白印迹底物ProteintechPK10003
BIO-RAD仪器Bio-Rad732BR1872
CCK-8检测试剂盒DOJINDOCK04-500T
IL-2 ELISA试剂盒Neobioscience TechnologyEHC003.96
IL-6 ELISA试剂盒Neobioscience TechnologyEHC007.96
IL-10 ELISA试剂盒Neobioscience TechnologyEHC009.96
TNF-α ELISA试剂盒Neobioscience TechnologyEHC103a.96
IFN-γ ELISA试剂盒Neobioscience TechnologyEHC102g.96
穿孔素ELISA试剂盒Neobioscience TechnologyEHC154.96
颗粒酶B ELISA试剂盒Neobioscience TechnologyEHC117.96
GM-CSF ELISA试剂盒Neobioscience TechnologyEHC105.96
曲妥珠单抗----
白细胞介素-2PeprotechAF-200-07-250UG
CF488 TUNEL细胞凋亡检测试剂盒ServicebioG1504
抗Ki-67抗体Proteintech27309-1-AP
FITC标记的山羊抗兔IgGThermo Fisher Scientific65-6111
DAPI染色液Thermo Fisher ScientificD1306

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
细胞培养
细胞系来源(SPC-A-1、MDA-MB-231、SKBR-3)及培养条件(RPMI1640 + 10% FBS + 1%双抗,37℃,5% CO2)
阅读提示:Materials and Methods 2.1 Cell Lines and Cell Culture
CAR-T细胞制备
PBMC分离、电穿孔参数、转座子与转座酶质粒比例、磁珠刺激比例、细胞因子浓度(IL-2 300U/mL、IL-7 10ng/mL、IL-21 30ng/mL)、嘌呤霉素筛选
阅读提示:Materials and Methods 2.2-2.3,图1B
体外细胞毒性实验
E:T比例、共培养时间、板规格、细胞接种密度
阅读提示:Materials and Methods 2.7 Cytotoxicity Assays,图4
细胞因子检测
E:T比例、共培养时间、ELISA试剂盒种类
阅读提示:Materials and Methods 2.8 Cytokines Detection,图5
动物实验
小鼠品系(NOD-scid)、细胞接种量、给药方案(剂量、途径、时间)、IL-2辅助
阅读提示:Materials and Methods 2.9 In Vivo Anti-Tumor Activity of CAR-T,图6
免疫荧光染色
TUNEL和Ki-67染色步骤、抗体稀释度、封片
阅读提示:Materials and Methods 2.10 Immunofluorescence Detection,图7