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基于蛋白L染色方法的流式细胞术检测嵌合抗原受体的表达

更新时间:2009-03-28

嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor-modified T cells,CAR-T)是经过基因工程修饰后的T细胞,在细胞膜上表达特异性的单链抗体片段(single-chain variable fragment,scFv),并以此识别靶抗原,通过T细胞受体ζ链、共刺激分子等胞内区传递活化信号至细胞内,T细胞随后活化、增殖并表现出特异的细胞毒性,从而杀伤靶细胞[1]。CAR-T治疗技术在血液系统肿瘤的治疗中已取得突破[2-3],在实体肿瘤的研究中也展现出广阔的应用前景[4]

蛋白L(protein L)是从消化链球菌中分离出来的一种抗体结合蛋白,能与IgG、IgM、IgA、IgE和IgD等抗体的kappa轻链相结合,且不影响抗原结合位点[5]。嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor,CAR)的scFv是由抗体重链可变区(variable region of heavy chain,VH)和轻链可变区(variable region of light chain,VL)通过短肽连接而成,理论上VL有蛋白 L结合的位点。本研究旨在探讨基于蛋白L染色方法的流式细胞术检测CAR表达的可行性。

1 材料与方法

1.1 研究对象 血液样本取自2017年2月至8月在苏州大学附属第三医院参加“嵌合抗原受体T细胞治疗化疗抵抗的或难治性CD19阳性淋巴瘤”临床试验的2例患者,其中男1例,年龄66岁,弥漫大B细胞淋巴瘤,Ⅳ期B组;女1例,年龄45岁,弥漫大B细胞淋巴瘤,Ⅲ期B组,免疫组化染色均CD19阳性。此临床试验经过医院伦理委员会批准,患者知情同意。

1.2 主要试剂及仪器 人全血单个核细胞分离液(天津灏洋公司),LS分离柱(德国Miltenyi公司),RPMI 1640培养基(美国Gibco公司),CD3分选磁珠、抗人CD28单克隆抗体(anti-CD28 mAb)(德国Miltenyi公司),T75、T225细胞培养瓶(美国Corning公司),抗人CD3单克隆抗体(anti-CD3 mAb,美国eBioscience公司),重组人成纤维连接蛋白(RetroNectin,日本TaKaRa公司),anti-CD19 scFv-CD28-CD3ζ CAR、anti-CD22 scFv-CD137-CD3ζ-tEGFR CAR(上海恒润达生公司),重组人白细胞介素-2(rhIL-2,山东泉港药业公司),Jurkat细胞株(Clone E6-1,美国ATCC),重组生物素化蛋白L(recombinant biotinylated protein L,美国Pierce Biotechnology公司),藻红蛋白(PE)标记链霉亲合素(streptavidin-PE,美国Invitrogen公司),生物素化羊抗鼠IgG, 抗体、生物素化羊抗人IgG,抗体(美国Jackson Immunoresearch公司),CD3-APC-Cy7、同型对照IgG2a-APC-Cy7(美国BioLegend公司),细胞活性染料(fixable viability dye,FVD,美国eBioscience公司)。非组织培养处理24孔板(美国Costar公司),Spectra Optia血细胞分离机(美国Terumo BCT公司),FACS Canto II流式细胞仪(美国BD Biosciences公司),MidiMACS分选器(德国Miltenyi公司),KR2.5i离心机(法国Jouan公司),二氧化碳培养箱(美国Thermo Fisher公司)。

1.3 磁珠分选法分离T细胞 用血细胞分离机采集患者空腹状态下的单个核细胞约5×108个,Ficoll密度梯度离心法提取外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cells, PBMCs),PBS清洗细胞2次,加入CD3分选磁珠(20 μL/107 cells),充分混匀,4~8 ℃反应20 min,加入LS分离柱,阳性选择,分选获得CD3+细胞,计数并且检测分选纯度。

通过scFv-biotinylated protein L-streptavidin-PE-流式细胞方法检测细胞上CAR的表达,结果显示,加入蛋白L的实验组能检测到CAR-T细胞群体,未加入蛋白L的空白组难以检测到CAR-T细胞群体,见图1。

在概念网络中,可以围绕着一个中心概念进行动态生成,从而找到与它相关的概念,这使得类比推理具有较好的扩展性,具有联想的特征。由此可见,类比推理能拓展人们的思维,产生新的概念、思想和方法,有利于创新。但是,也可能随着概念的无限制的扩展,形成一些矛盾的或无关的信息,使得类比推理的前提与结论不一致或不相关。

1.5 Jurkat细胞株培养 Jurkat细胞用含10%胎牛血清、100 U/mL青霉素、100 μg/mL链霉素的RPMI 1640培养基培养传代。细胞悬浮生长,培养浓度为1×106/mL。

局部放电信号通常伴有能量变化,因此通过提取短时能量和短时平均幅度有助于判断局部放电信号。设语音波形时域信号为x(n),加窗函数ω(n)分帧处理后得到的第i帧语音信号为yi(n),则yi(n)满足:

滴度试验中分别加入蛋白L 0.01、0.125、0.25、0.50、1.00、2.00、4.00 μg,结果显示CAR-T细胞表达率变化呈曲线形态,蛋白L结合scFv存在量效关系,饱和结合后测定达到最高值,过量加入蛋白L会影响实验结果。经过重复实验,最后确定在1×106个细胞、200 μL反应体积的染色方法中,蛋白L最适合加入量是1.0 μg,见图1。结果间接证明蛋白L能特异性结合到CAR-T细胞的scFv上。

2.1 蛋白L和scFv特异性结合的验证 为验证蛋白L能否和scFv特异性结合,选择来源于人急性T细胞白血病的Jurkat细胞株作为通用型T细胞,取对数生长期的Jurkat细胞,用临床效果最为显著的靶向CD19的CAR(anti-CD19 scFv-CD28-CD3ζ CAR)转染,加入含rhIL-2 500 IU/mL的RPMI 1640培养基,诱导培养成CAR-T细胞。

1.7 CAR-T细胞培养 将病毒转染后的细胞悬液吸出,500×g、4 ℃离心10 min。用含500 IU/mL rhIL-2的RPMI 1640培养基重悬细胞,加入新的T75细胞培养瓶中,置于37 ℃、5% CO2培养箱中培养。每天观察细胞的生长状况,适时补加含500 IU/mL rhIL-2的RPMI 1640培养基,调整细胞浓度为0.5×106/mL,适时转T225培养瓶,培养12~14 d获得CAR-T细胞。

1.8 流式细胞方法分析CAR-T细胞表型 取1×106个CAR-T细胞,加入3 mL PBS混匀,400×g离心5 min,吸净上清液,重复清洗2次,加入200 μL PBS重悬细胞。蛋白L组加入1 μg重组生物素化蛋白L(50 μg/mL);Anti-IgG组加入2 μL生物素化羊抗鼠IgG, 抗体或生物素化羊抗人IgG,抗体。4 ℃反应45 min。重复清洗3次,加入200 μL PBS重悬细胞。加入20 μL streptavidin-PE(10 μg/mL)及20 μL CD3-APC-Cy7,4 ℃避光反应30 min。清洗1次,加入200 μL PBS重悬细胞。加入10 μL细胞活性染料(50 μL/mL),4 ℃避光反应30 min。清洗1次,加入400 μL PBS重悬细胞,用流式细胞仪检测。FVD染色设门去除死细胞所致的非特异性染色,结果使用FlowJo 10软件分析。

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1.4 T细胞活化 用含rhIL-2 500 IU/mL、anti-CD3 mAb 50 ng/mL、anti-CD28 mAb 100 ng/mL的RPMI 1640培养基调整细胞浓度为2×106/mL,加入T75细胞培养瓶,置于37 ℃,5% CO2培养箱培养48 h。

2 结果

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当然,以上未列出的山西杰出学者尚多,仅清代就有孙嘉淦及徐润第、徐继畲父子等人。 而从三晋学术史或中国学术史的角度来看,以上所列学术团体及重要学人,皆对当时及后世的学术产生过一定的影响,其中皆有本省学者与外地名宦、寓贤交流互动的痕迹。

1.6 CAR逆转录病毒转染 预先用重组人成纤维连接蛋白(30 μg/mL)包被非组织培养处理24孔板。每孔加入2 mL CAR逆转录病毒液(anti-CD19 scFv-CD28-CD3ζCAR或anti-CD22 scFv-CD137-CD3ζ-tEGFR CAR),32 ℃、2 000×g离心2 h,弃去上清液。每孔加入1 mL活化的T细胞(0.5×106个),30 ℃、1 000×g离心10 min,培养板置于37 ℃、5% CO2培养箱中培养24 h。吸取细胞,按上法重复转染1次。

 

注:0.00 μg表示空白组;0.01~4.00 μg表示加入不同量蛋白L的实验组。

1 蛋白 L滴度试验流式验证结果

2.2 基于蛋白L的染色方法检测肿瘤患者的CAR-T细胞 1例患者anti-CD19 scFv-CD28-CD3ζCAR转染的T细胞中CD19-CAR-T细胞比例:蛋白L实验组71.6%、Anti-IgG对照组64.2%,见图2;anti-CD22 scFv-CD137-CD3ζ-tEGFR CAR转染的T细胞中CD22-CAR-T细胞比例:蛋白L实验组53.1%、Anti-IgG对照组46.3%,见图3。另外1例患者CD19-CAR-T细胞比例:蛋白L实验组49.3%、Anti-IgG对照组43.8%;CD22-CAR-T细胞比例:蛋白L实验组56.5%、Anti-IgG对照组64.0%。成组的实验数据比较类似。结果表明scFv-biotinylated protein L-streptavidin-PE流式细胞方法可用于肿瘤患者的CAR-T细胞的常规检测。

 

2 蛋白L实验组/Anti-IgG对照组CD19-CAR-T的流式分析

 

3 蛋白L实验组/Anti-IgG对照组CD22-CAR-T的流式分析

3 讨论

目前,流式细胞技术和PCR法是检测CAR-T细胞常用的手段,如用PE标记的B细胞成熟抗原(B-cell maturation antigen,BCMA)/FC融合蛋白检测BCMA-CAR-T细胞[6];采用Alexa 488标记的CD19sIg1-4融合蛋白检测CD19-CAR-T细胞[7],靶抗原/Fc融合蛋白检测CAR的特异性较好,但是重组融合蛋白成本、技术要求较高,且一种融合蛋白只能检测一种CAR。应用AF647标记的羊抗鼠IgG抗体检测PSCA-CAR-T细胞[7],此法虽然可以检测鼠源性scFv,但scFv物种来源较多,而且不同的多克隆抗体导致不同的检测结果。Porter等[8]抽提患者PBMC全基因组DNA,针对anti-CD19 CAR的转基因序列设计TaqMan探针,用实时荧光定量PCR方法检测CD19-CAR-T细胞,此法可用于微量细胞检测,但无法检测细胞转染效率和其他类型CAR-T细胞。

本研究利用蛋白L能特异性结合抗体、单链抗体kappa型轻链的特性设计方案,CAR-T细胞scFv和生物素化蛋白 L饱和结合,生物素再结合荧光染料标记的链霉亲合素,最后通过流式细胞仪检测荧光强度,间接测定CAR-T细胞。实验结果表明,该方法能够检测到CD19-CAR、CD22-CAR的表达。初步表明基于蛋白L的染色方法可以检测CAR-T细胞。生物素-亲合素系统具有放大作用,蛋白L方法的检测灵敏度应该更高。本研究选用的anti-CD19 scFv-CD28-CD3ζCAR、anti-CD22 scFv-CD137-CD3ζ-tEGFR CAR的轻链都是kappa型,其中CD19-CAR的scFv为鼠源性、CD22-CAR的scFv为人源性,初步结果表明:只要scFv轻链是kappa型,无论scFv的靶向性和物种来源,基于蛋白L的流式细胞方法都有望用于CAR-T细胞的检测。

由于靶抗原仅选择了CD19、CD20,常见的CD22、CD30、CD33、CD138、PSMA、Mesothelin、EGFR、EGFRvIII、CEA、GD2、FAP、Glypican-3和HER2等CAR需要进一步验证[9-10]。此外,蛋白L只能结合特定类型的轻链:人类VκI、VκⅢ和VκⅣ型kappa轻链,鼠类VκI型kappa轻链。

综上所述,我们利用蛋白L能特异结合免疫球蛋白和单链抗体kappa型轻链的特性开发出新的流式染色方法,通过单链抗体片段-蛋白L-生物素-亲合素-荧光染料染色,经流式细胞仪测定CAR的表达。基于蛋白L的染色方法检测CAR-T细胞具有经济性与通用性功能,将在评估细胞转染效率、细胞回输量和细胞体内存活时间方面起到重要的作用。

4 参考文献

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[3]Porter DL, Levine BL, Kalos M, et al. Chimeric antigen receptor-modified T cells in chronic lymphoid leukemia[J]. N Engl J Med, 2011, 365(8): 725-733. DOI: 10.1056/NEJMoa1103849.

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[8]Porter DL, Hwang WT, Frey NV, et al. Chimeric antigen receptor T cells persist and induce sustained remissions in relapsed refractory chronic lymphocytic leukemia[J]. Sci Transl Med, 2015, 7(303): 303ra139. DOI: 10.1126/scitranslmed.aac5415.

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邓海峰,韩为东,蒋敬庭
《临床检验杂志》 2018年第04期
《临床检验杂志》2018年第04期文献

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