通过先进的单分子成像系统评估治疗性PD-1抗体检测人PD-1微簇

Evaluation of therapeutic PD-1 antibodies by an advanced single-molecule imaging system detecting human PD-1 microclusters.

作者信息Wataru Nishi, Ei Wakamatsu, Hiroaki Machiyama, Ryohei Matsushima, Kensho Saito, Yosuke Yoshida, Tetsushi Nishikawa, Tomohiro Takehara, Hiroko Toyota, Masae Furuhata, Hitoshi Nishijima, Arata Takeuchi, Miyuki Azuma, Makoto Suzuki, Tadashi Yokosuka
PMID37280233
发布时间2023-06-06
DOI10.1038/s41467-023-38512-7

实验完整度

高

包含体外SLB成像、细胞功能验证及小鼠肿瘤模型体内验证等多层级实验。

主要模型

AND-TCR Tg Rag2-/- Pdcd1-/- 小鼠脾CD4+ T细胞 OT-I TCR Tg Rag2-/- Pdcd1-/- 小鼠脾CD8+ T细胞 2D12 T细胞杂交瘤 E.G7-hPD-L1肿瘤小鼠模型

重点核对

hPD-L1在SLB上的密度为150 molecules/μm2 抗体浓度10 μg/ml用于微簇形成抑制实验 小鼠体内nivolumab或durvalumab剂量0.001 mg/kg或0.1 mg/kg IL-2产生通过ELISA检测,刺激后16小时 细胞毒性实验E/T比例如1:1,共培养16小时

摘要

随着免疫检查点抑制剂(ICIs)的最新进展,免疫疗法已成为各种恶性肿瘤的标准治疗方法。其适应症和剂量是根据个体化临床试验的经验确定的,但没有标准方法来评估它们。在此,我们建立了一种先进的成像系统来可视化人PD-1微簇,其中最小T细胞受体(TCR)信号单元在体外与抑制性共受体PD-1共定位。在这些微簇中,PD-1在配体hPD-L1刺激下通过招募磷酸酶SHP2使TCR/CD3复合物及其下游信号分子去磷酸化。在该系统中,阻断hPD-1-hPD-L1结合的抗体抑制hPD-1微簇形成,每种治疗性抗体(pembrolizumab、nivolumab、durvalumab和atezolizumab)具有其特有的最佳浓度和组合效率增强特征。我们提出,我们的成像系统可以数字化评估PD-1介导的T细胞抑制,以评估其临床实用性,并在ICIs之间或ICIs与常规癌症治疗之间开发最合适的组合。

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
如何建立成像系统评估治疗性PD-1抗体对PD-1微簇形成的阻断效果及其最佳浓度和组合?
核心机制
hPD-1与hPD-L1或hPD-L2结合后形成抑制性微簇,招募SHP2使TCR/CD3复合物及下游信号分子去磷酸化,从而抑制T细胞活化。
主要证据
利用SLB和TIRF/共聚焦成像可视化hPD-1微簇,通过Western blot检测磷酸化水平,ELISA检测IL-2产生,细胞毒性实验及小鼠肿瘤模型验证抗体效果。
研究意义
该成像系统可数字化评估PD-1介导的T细胞抑制,为评估ICIs的临床实用性和开发最佳组合提供工具。

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

建立hPD-1微簇成像系统

可视化hPD-1在T细胞-APC界面微簇形成及与TCR共定位。

使用SLB重构I-Ek、mICAM-1及hPD-L1,将表达hPD-1-EGFP的T细胞置于SLB上,通过TIRF和共聚焦显微镜实时成像。

2

验证SHP2招募及信号抑制

检测hPD-1微簇是否招募SHP2并使TCR信号分子去磷酸化。

共表达hPD-1-HaloTag和EGFP-SHP1或SHP2的T细胞置于SLB上成像,免疫共沉淀检测SHP2结合,Western blot检测pCD3ζ、pPLCγ、pAkt、pErk。

3

评估阻断抗体对微簇形成和T细胞功能的影响

测试抗hPD-1/hPD-L1抗体是否抑制微簇形成并恢复T细胞功能。

在SLB或细胞共培养体系中加入pembrolizumab、nivolumab、durvalumab、atezolizumab等抗体,成像微簇形成,ELISA检测IL-2,细胞毒性实验检测杀伤活性。

4

确定每种抗体的最佳浓度

比较不同抗体阻断微簇形成和恢复IL-2产生所需浓度。

梯度浓度抗体处理,成像计算微簇面积占比,ELISA检测IL-2,计算EC20、EC25、EC50、EC75、EC90、EC98。

5

体内验证抗体效果

在小鼠肿瘤模型中验证nivolumab和durvalumab的抑瘤效果。

将E.G7-hPD-L1细胞移植到Rag2-/-小鼠,注射hPD-1+ OT-I T细胞,腹腔注射nivolumab或durvalumab,测量肿瘤大小。

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
RPMI1640培养基Sigma-AldrichR6504-10L
胎牛血清Thermo Fisher Scientific10270106
小鼠白细胞介素-2Peprotech212-12
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen11668019
聚凝胺Sigma-AldrichTR-1003
PE标记抗小鼠PD-1抗体BioLegend135206
PE标记抗人PD-1抗体BD bioscience557946
PE标记抗人PD-L1抗体BD bioscience557924
DyLight 650标记试剂盒Thermo Fisher Scientific84535
DyLight 549标记试剂盒Thermo Fisher Scientific53044
HaloTag STELLA Fluor 650配体PromegaGCKA308-01
HaloTag TMR配体PromegaG8252
SNAP-Cell 647-Sir荧光探针New England BioLabsS9102S
抗GFP抗体MBL InternationalD153-11
抗SHP1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-287
抗SHP2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-7384
抗PLCγ抗体Cell Signaling Technology5690S
抗磷酸化PLCγ抗体Cell Signaling Technology8713S
抗Akt抗体Cell Signaling Technology4691S
抗磷酸化Akt抗体Cell Signaling Technology4060S
抗Erk抗体Cell Signaling Technology4695S
抗磷酸化Erk抗体Cell Signaling Technology4370S
帕博利珠单抗MCEHY-P9902
纳武利尤单抗MCEHY-P9903
度伐利尤单抗MCEHY-P9919
阿替利珠单抗MCEHY-P9904
腔肠素FUJIFILM Wako031-22993
二油酰磷脂酰胆碱脂质体Avanti Polar Lipids--
二氧化硅珠Bangs LaboratoriesSS05N
Quantum FITC-5 MESF标准珠Bangs Laboratories555p

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
hPD-1微簇成像
hPD-L1在SLB上的密度:150 molecules/μm2;T细胞类型:AND-TCR Tg Rag2-/- Pdcd1-/- 小鼠脾CD4+ T细胞;刺激肽MCC88-103浓度1 μM
阅读提示:Methods部分'Glass-supported lipid planer bilayers'及Figure 1图注
抗体阻断实验
抗体浓度10 μg/ml;抗体种类:pembrolizumab, nivolumab, durvalumab, atezolizumab;检测时间点2分钟(成像)或16小时(IL-2)
阅读提示:Figure 3图注及Methods部分'T cell stimulation assay'
体内肿瘤实验
细胞系:E.G7-OVA-hPD-L1;小鼠品系:Rag2-/-;T细胞:Pdcd1-/- OT-I TCR-Tg CD8+ T细胞表达hPD-1;抗体剂量:0.001 mg/kg或0.1 mg/kg;给药频率:每2-3天一次,共4次
阅读提示:Methods部分'In vivo tumorigenicity assay'及Figure 4h,i图注
SHP2招募检测
免疫共沉淀抗体:anti-GFP;Western blot抗体稀释比:anti-SHP1 1:500, anti-SHP2 1:1000;刺激细胞:DC-1细胞表达hPD-L1,MCC88-103浓度5 μM
阅读提示:Methods部分'Immunoprecipitation and Western blotting'及Figure 2b图注