Sci.Adv.|甘聚物修饰的树突状细胞通过增强细胞间相互作用促进T细胞活化

大家好!今天为大家介绍一篇2020年发表在Science Advances的文章,题目为“Promoting the activation of T cells with glycopolymer-modified dendritic cells by enhancing cell interactions”。本文基于增强树突状细胞(Dendritic cells, DC)和T细胞之间的相互作用,开发出有效的DC疫苗。具体而言,在DC表面修饰甘聚物,使T细胞的活化大大提高,从而产生更高的抗肿瘤毒性。本文的通讯作者是来自苏州大学的陈红教授和陈高健研究员。陈红教授的研究方向包括生物医用高分子材料的表面改性和生物检测材料的研究等;陈高健研究员的研究方向包括含糖聚合物的合成与应用、细胞表面修饰和抗癌药物运载体系的研究等工作。

  
【背景介绍】
树突状细胞(Dendritic cells , DC)是机体功能最强的专职抗原递呈细胞,它能高效地摄取、加工处理和递呈抗原。成熟DC能有效激活初始T细胞,诱导机体产生特异性免疫应答,发挥抗感染、抗肿瘤等作用,是用于癌症治疗最有前途的治疗药物之一。尽管DC疫苗已被证明在治疗黑素瘤、前列腺癌、结肠癌和乳腺癌方面有一定的效果,但其临床效果仍然令人失望。一个重要的原因可能是DC递呈抗原过程中细胞表面功能“arms”的缺失减弱了DC与T细胞之间的相互作用,从而导致T细胞诱导失败。
修饰树突状细胞以增强其抗原递呈是最常见的T细胞活化策略。然而,大部分研究者的注意力主要在树突状细胞和抗原间相互作用的调控上,关于树突状细胞和T细胞间相互作用的研究很少。尽管有些策略是通过增强DC表面的共刺激分子(第二个信号)或辅因子(第三个信号)的强度来增加T细胞的活化。然而,将主要组织相容性复合体(MHC)暴露于T细胞受体(第一个信号)是第一步,它们结合的强度直接决定了抗原递呈的启动和T细胞的进一步活化,关于这方面的研究却很少。因此,本文开发了一种将“含糖树突状细胞”修饰在DC表面的策略,即聚甘露糖树状突细胞(pMAM-DC)和氨基酸树状突细胞(pMAG-DC),通过增强DC和T细胞间的相互作用来促进T细胞活化。研究结果表明,这种设计是优化细胞疫苗的一条有价值的途径。
  
【设计思路】
甘聚物修饰树突状细胞(DC)的原理如图1所示。首先,DC从肿瘤细胞裂解液中装载抗原而成熟,然后用halo-tag蛋白(HTP)质粒转染DC,其中由于使用常见的转染剂转染比较困难,因此使用了之前报道的光穿孔转染系统。通过HTP与甘聚物端基间的反应,从而将合成的甘聚物附着在DC表面。

图1 甘聚物修饰DC的原理图
【数据分析】
首先,为了探究甘聚物修饰的DCs是否促进了T细胞的活化,作者研究了T细胞与DCs共培养后T细胞增殖及细胞因子释放情况(图2A)。共培养24小时后,收集T细胞测定增殖情况,收集上清液测定T细胞表达的细胞因子释放情况。结果表明,经修饰后的DCs荧光强度峰值左移,说明T细胞分裂频率变高(图2B-C)。如图2D-E所示,不同甘聚物修饰的DCs细胞因子释放都有所增加,DC-pMAG组织分泌更多的干扰素(IFN),DC-pMAM组织分泌更多的肿瘤坏死因子(TNF)。

图2 甘聚物修饰后的DCs对T细胞活化的影响

为了探究甘聚物修饰后的DCs是否比未修饰的DCs诱导T细胞产生更强的肿瘤免疫作用,作者研究了T细胞分别与靶向黑素瘤(B16)和结肠癌(CT26)共培养24h后肿瘤细胞的生长和活性情况(图3A)。结果表明,MAG-DC-和MAM-DC-诱导的T细胞均显著减少了B16肿瘤细胞的体积,且在CT26细胞中也可以看到类似的效果(图3B-E)。由于DC诱导的T细胞具有特异性,作者进一步研究了甘聚物修饰后的DCs是否对这种特异性有影响。研究人员分别用TB16和TCT26细胞处理B16和CT26细胞(图3A)。如图3F-G所示,TB16细胞更倾向于特异性杀伤B16细胞,TCT26细胞更倾向于特异性杀伤CT26细胞,说明甘聚物修饰的DCs不会改变T细胞与肿瘤的特异性结合。
 
图3 甘聚物修饰的DCs活化T细胞对癌细胞毒性以及特异性的影响
 
为了进一步验证甘聚物修饰的DCs对T细胞活化的改善是由于更强的细胞间相互作用,作者使用细胞图像跟踪来可视化DC-T细胞间的相互作用。整个过程每3分钟录下录像,持续120分钟。如图4A-C所示,定量分析表明,T细胞更容易粘附到修饰后的DC上,T细胞与两种甘聚物修饰的DC间的接触显著增加。  
图4 在DC细胞表面修饰的甘聚物是增强与T细胞相互作用的必要条件
 
最后,为了研究游离甘聚物对DC-T细胞间相互作用的影响,研究人员将游离的pMAG和pMAM以相同浓度直接加入到DC培养基中。通过对比来确定培养基中的游离甘聚物是否能够促进DC-T细胞间相互作用。如图5A-B所示,结果表明,游离甘聚物对DC-T细胞间的相互作用没有明显的影响,远小于甘聚物修饰后的DCs对DC-T细胞间相互作用的影响。

图5 游离糖共聚物对DC-T细胞相互作用的影响

【总结】
该工作以安全、稳定的方式将甘聚物修饰在DC表面。与未修饰的DC相比,由于修饰后的DC与T细胞之间相互作用的增强,修饰后的DC具有更高的T细胞活化效率。这一策略不仅大大激发了抗肿瘤免疫反应,而且在细胞内的信号通路方面也起到了帮助作用,有利于开发更有效的DC疫苗。
撰稿人:宋婷
原文链接:
http://advances.sciencemag.org/content/6/47/eabb6595
本文来源:杨朝勇课题组

各位读者:

科研小助手官方QQ群:93646661
转载、投稿、商务合作请添加微信:amateur_1988
↓↓↓点击阅读原文查看往期精彩!

你点的每个在看,我都认真当成了喜欢
生物医学科研方法

发过Nature文章的大咖一周内教您学会挖掘单细胞测序公共数据库来发表文章 1月25-29日

2021-1-17 1:55:16

生物医学科研方法

R与生物专题 | 第三十四讲 R-简单线性回归模型(2)

2021-1-17 2:14:47