Недавно команда профессора Хуан Чживэя из Факультета наук о жизни и медицины и Центра наук о жизни Харбинского политехнического университета (ХПУ) обнаружила новый тип антител к Т-клеточному рецепторному комплексу – 4B1. Исследователи раскрыли молекулярный механизм смещенной активации Т-клеточного рецепторного комплекса (TCR-CD3) данным антителом. Результаты исследования изложены в статье «Структурный механизм смещенной активации Т-клеточного рецептора высокоаффинным антителом» («Structural mechanism of biased activation of T cell receptor by a high-affinity antibody») и опубликованы в журнале «Vita».
Обнаруженные антитела способны эффективно активировать Т-клетки, индуцируя при этом высвобождение провоспалительных цитокинов лишь на низком уровне. Это закладывает принципиально новую парадигму проектирования для разработки следующего поколения противоопухолевых препаратов (TCEи T-BsAb), сочетающих в себе высокую активность и клиническую безопасность.
Т-клетки – это основные эффекторные клетки, обеспечивающие противоопухолевый иммунный ответ организма. Антитела, нацеленные на поверхностный рецепторный комплекс TCR-CD3, позволяют индуцировать передачу сигнала и напрямую активировать Т-клетки. Разработанный на основе этого механизма первый препарат моноклональных антител OKT3 ранее применялся в клинической практике для противореактивной терапии при трансплантации органов. Однако при мощной активации Т-клеток OKT3 вызывает массовое высвобождение провоспалительных цитокинов. Это провоцирует развитие клинически смертельного синдрома высвобождения цитокинов (СВЦ). В последующих исследованиях в области инженерии антител общепринятым стал компромиссный подход, заключающийся в снижении аффинного взаимодействия антител для повышения безопасности препарата. Хотя данная стратегия успешно привела к созданию нового поколения иммуносупрессивных препаратов, это происходило за счет снижения цитотоксической функции Т-клеток. Таким образом, сохранение мощной противоопухолевой активности Т-клеток при одновременном предотвращении избыточного высвобождения цитокинов остается ключевой проблемой в данной области, требующей безотлагательного решения.
Для исследования молекулярного механизма опосредованной антителами активации Т-клеток через TCR-CD3 исследовательская группа сконструировала ряд моноклональных антител, нацеленных на этот комплекс. Среди них антитело под обозначением 4B1 продемонстрировало высокую аффинность к TCR-CD3, превосходящую показатели классического антитела OKT3 (рис. 1). Фенотипические и функциональные эксперименты показали, что способность антитела 4B1стимулировать экспрессию маркера ранней активации CD69 на Т-клетках сопоставима с действием другого высокоаффинного антитела UCHT1 и превосходит OKT3. Кроме того, оно способно повышать уровень экспрессии эффекторных молекул гранзима Bи перфорина на столь же высоком уровне. При этом в отношении индуцирования высвобождения цитокинов (таких как IFN-γ, TNF-α, IL-6) высокоаффинное антитело 4B1 продемонстрировало исключительно низкие показатели. Этот уровень оказался значительно ниже значений, зафиксированных даже для менее аффинного антитела OKT3. Данный факт напрямую опровергает устоявшуюся в профессиональном сообществе концепцию о том, что более высокая аффинность антитела обязательно влечет за собой более интенсивное высвобождение цитокинов.
Обнаружение высокоаффинного антитела, нацеленного на TCR-CD3 и индуцирующего низкий уровень высвобождения провоспалительных цитокинов Т-клетками.
В экспериментах на моделях мышей-опухоленосителей биспецифическое антитело на основе 4B1 обеспечило более полную элиминацию опухоли по сравнению с биспецифическим антителом на основе OKT3. Кроме того, оно индуцировало выработку провоспалительных цитокинов на значительно более низком уровне (рис. 2).
Более высокая эффективность элиминации опухоли и сниженный уровень секреции медиаторов воспаления при применении биспецифического антитела 4B1-BsAbпо сравнению с OKT3-BsAbна моделях гуманизированных мышей-опухоленосителей.
Анализ пространственных структур комплексов 4B1 и OKT3 с TCR-CD3, выполненный командой исследователей, показал способность антитела OKT3 одновременно связываться с двумя субъединицами CD3εв комплексе TCR-CD3 (связывание в соотношении 2:1) (рис. 3). Этот режим взаимодействия приводит к формированию крупных кластеров комплекса TCR-CD3 на клеточной поверхности, что индуцирует массовое высвобождение провоспалительных цитокинов. Действие антитела 4B1 принципиально отличается от указанной модели. Вследствие уникального угла связывания (поворот примерно на 45 градусов относительно OKT3) антитело подвергается стерическому затруднению со стороны субъединицы TCRβ. Из-за этого одна молекула антитела 4B1 способна связаться только с одной субъединицей CD3ε (связывание в соотношении 1:1). При таком режиме комплекс TCR-CD3 формирует лишь мелкомасштабные агрегаты. Это позволяет Т-клеткам высвобождать гранзимы для уничтожения опухолей без индукции избыточного выделения цитокинов.
Молекулярный механизм, объясняющий функциональные различия антител: в отличие от OKT3, связывающегося с двумя субъединицами CD3ε, антитело 4B1 взаимодействует только с субъединицей CD3εв составе гетеродимера CD3δε.
В рамках данного исследования впервые предложена качественно новая парадигма активации Т-клеток. Посредством нацеливания на специфический физический эпитоп обеспечивается смещенная активация Т-клеток, позволяющая существенно ингибировать выработку цитокинов без снижения иммунной цитотоксичности. Ранее модуляция активности Т-клеток преимущественно опиралась на изменение аффинного взаимодействия антител. Однако настоящая работа доказывает, что конформация связывания антитела имеет не меньшее, а зачастую и определяющее значение. Антитело 4B1 успешно разобщает противоопухолевую цитотоксичность Т-клеток и высвобождение провоспалительных цитокинов. Это прорывное открытие позволяет преодолеть технологические барьеры традиционного проектирования и определяет вектор разработки низкотоксичных и высокоэффективных иммунотерапевтических препаратов следующего поколения. В перспективе терапевтические методы на основе биспецифических антител, созданные с использованием этого принципа, позволят онкологическим пациентам достигать выраженного эффекта элиминации опухолей без риска развития синдрома высвобождения цитокинов. Это существенно повысит безопасность клинического лечения и качество жизни больных.
Профессор Хуан Чживэй является автором, ответственным за переписку. Ли Сян, Хуан Буляо, Шао Эньцзэ и Чжу Юйвэй являются соавторами публикации с равным вкладом. Исследование выполнено при финансовой поддержке Ключевой программы исследований и разработок провинции Хэйлунцзян, Программы исследователей «Новый краеугольный камень» (NewCornerstoneInvestigatorProgram) и других фондов.