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使用肿瘤特异性HLA配体的精准免疫疗法

RNA-Seq和HLA分型可提高靶点发现平台的性能和效率。

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使用肿瘤特异性HLA配体的精准免疫疗法

简介

30年来,著名的免疫学家和癌症研究员Hans-Georg Rammensee博士都在研究主要组织相容性复合体(MHC)的生物学内容及其在肿瘤免疫学中的作用。2000年,他和另外两位同伴共同创立了Immatics,专注于个体化癌症免疫疗法(例如过继细胞疗法(ACT))的开发。在过去20年中,Immatics开发了XPRESIDENT®靶点发现平台,该平台汇集了大量肿瘤和正常组织样本,并且增强了对T细胞受体(TCR)的全面发现和开发能力。Immatics已成功转型为一家临床阶段生物制药公司,积极地投身于用于治疗癌症的T细胞重定向免疫疗法的发现和开发。

该公司的肿瘤和正常组织数据集包括1300多个癌症组织样本和650多个正常组织样本,并且数量每天都在增加。最初,XPRESIDENT发现平台使用高通量、超高灵敏度质谱、qPCR、桑格测序和芯片来鉴定组织样本中天然呈递的肽结合人类白细胞抗原(pHLA)靶点。2014年至2017年,Immatics引入了新一代测序(NGS)进行基因表达分析(RNA-Seq)和HLA分型,提高了平台的靶点发现效率。

据发现科学家Annika Sonntag博士所说,Immatics研究团队已使用XPRESIDENT发现平台鉴定并优先研究了100多个具有高肿瘤特异性的新型pHLA免疫肿瘤学靶点。1,2其中一些靶点正在进行专有和合作的临床前和临床研究,包括从ACT到双特异性T细胞受体(bsTCR),以及TCR样抗体方法。iCommunity采访了Sonntag博士,更详细地了解了Immatics如何使用这些平台来鉴定和验证靶点,以对基于T细胞的免疫疗法进行临床测试。

Immatics总部位于德国图宾根,Annika Sonntag博士是发现科学家。

问:您为什么决定加入Immatics?

Annika Sonntag(AS):在博士期间,我研究的是代谢信号转导和功能蛋白质组学,对癌症相关的mTOR信号通路有所了解。这项研究很有趣,但我想进入应用研究领域,让我的工作最终对人们有所帮助。我在2014年加入了Immatics,建立了RNA-Seq流程,并对HLA结合肽的质谱数据进行了分析。我现在是基于NGS的HLA分型的项目负责人。我喜欢我的工作。

问:什么是HLA蛋白?它们如何参与机体的癌症免疫反应?

AS:科学家Rammensee博士发现,抗原肽与HLA蛋白结合会激活免疫系统识别外来抗原,并确定组织相容性。HLA蛋白由位于6号染色体短臂中的MHC基因编码。

HLA受体存在于几乎所有人体细胞中。它们将有核细胞内表达的内容呈递到外表面,以供免疫系统(尤其是T细胞)识别。健康细胞上呈递的与HLA受体结合的正常肽通常不会引起T细胞反应。但肿瘤细胞会呈递正常细胞上没有的肿瘤特异性肽。肿瘤特异性肽可能来源于在健康个体中的表达仅限于早期发育阶段或免疫赦免组织中的蛋白质。这些肿瘤相关肽(TUMAP)也可能来源于在肿瘤发生后大量上调的蛋白质。此外,癌症特异性突变可能会产生突变的细胞表面抗原或新抗原。所有这些肿瘤相关肽都可被免疫系统识别,从而激活免疫细胞杀死癌细胞。我们正是利用这一机制来开发治疗癌症的免疫疗法。

“ACT的目标是扩增目标特异性T细胞的数量,使免疫系统靶向肿瘤并将其杀死。”

问:Immatics的靶点发现平台有什么特别之处?

AS:我们所有工作的起点是发现靶点,这就要利用我们的XPRESIDENT平台来完成。这是一种结合了转录组学和蛋白质组学的双重方法。XPRESIDENT通过对阿托摩尔量级的肽进行检测和定量,已经彻底改变了对高特异性的新型肿瘤相关pHLA靶点的鉴定。我们致力于全面收集原发性肿瘤和正常组织,以确定靶点的生理相关性,并排除潜在的杂峰。比如,使用细胞系就可能产生杂峰。

问:XPRESIDENT平台采用哪些方法?

AS:XPRESIDENT平台包括三组分析:定量HLA肽组学、RNA-Seq和HLA分型。这有助于分析我们收集的组织,目前我们收集了20多种主要癌症适应症的癌症组织和40多种正常组织类型的对照组织。每次加入癌症样本或正常组织时,我们都会执行一系列相同的分析。

问:这三种分析方法如何结合起来鉴定新型免疫疗法靶点?

AS:我们正在寻找肿瘤特异性或肿瘤中过表达的肽。超高灵敏度质谱用于分离pHLA复合物,鉴定与HLA结合的肽,并对其进行定量。我们利用RNA-Seq进行定量转录组学分析,将肽呈递与RNA表达关联起来,并使用RNA过表达数据来为细胞上肽拷贝数的相对定量和绝对定量提供支持。我们通过比较肿瘤和正常组织上的肽呈递来鉴定TUMAP。HLA分型用于将鉴定的肽与呈递它们的等位基因相匹配,从而为每位患者选择合适的靶点。

问:靶向免疫疗法的一个主要风险是免疫系统对健康组织的激活。您如何利用XPRESIDENT平台的潜力来处理这一问题?

AS:除肿瘤组织外,我们还对来自各种器官的大量健康组织进行了分析,以规避靶点毒性,即癌症激活免疫系统的靶点可能交叉识别健康组织。公共数据库(如GTEx*或TCGA)中的表达数据为这些数据提供了支持。此外,我们使用了计算机分析评估了脱靶毒性,以鉴定具有序列高度相似的肽,并将它们在健康组织上的呈递纳入我们的选择过程中。

“我们获得的RNA数据越来越多,并且对特定外显子有了深入的了解。”

问:您如何使用鉴定出的新靶点?

AS:这些靶点是创建有潜力的靶向TCR疗法的第一步。在ACT中,我们让T细胞在体外选择性的识别XPRESIDENT平台鉴定的靶点,并使用这些T细胞来治疗肿瘤表达这些癌症相关靶点的癌症患者。在大多数癌症患者中,这种T细胞的数量不足以有效对抗肿瘤。ACT的目标是扩增目标特异性T细胞的数量,使免疫系统靶向肿瘤并将其杀死。我们通过以下几种替代方法来实现这一点:ACTolog®、ACTengine®和ACTallo®

问:您如何鉴定个别癌症患者的特异性靶点?

AS:群体中存在许多不同的HLA等位基因,但某些等位基因出现的频率高于其他等位基因。在正在进行的ACT临床试验中,我们可以利用几种与患者癌症类型相关的疾病特异性靶点。我们在肿瘤活检中进行qPCR检测,鉴定这些靶点的过表达。有些患者可能只表达一两个靶点。利用ACTolog,我们可以为每位患者确定最多4个特异性靶点。这是一个针对每位癌症患者的受数据支持的过程。

问:您正在开发的ACT方法是什么?

AS:我们的流程包括三个ACT项目,ACTolog、ACTengine和ACTallo。这些项目由Immatics US与德克萨斯大学MD安德森癌症中心合作开发,并由德克萨斯州癌症预防研究所(CPRIT)共同资助。

在ACTolog项目中,我们将每位癌症患者体内天然存在的T细胞分离出来,使用抗原呈递细胞将其激活,并通过呈递靶点的四聚体对其进行分类。我们对激活的T细胞进行扩增并将其转移回癌症患者体内。

在ACTengine项目中,我们再次从每位癌症患者体内分离出T细胞。我们利用一种经过实验室验证的预先表征癌症特异性TCR,对癌症患者的T细胞进行转导以表达这种TCR。我们对激活的T细胞群进行扩增并将其转移回癌症患者体内。

ACTallo目前正在进行临床前研究。这种方法采用来自健康供体的不同T细胞类型。与ACTengine一样,利用新型TCR对这些T细胞进行转导。这提供了一组现成的T细胞,可以用来治疗更多的癌症患者。

“最后我们决定采用MiniSeq系统。它可以轻松进行HLA分型,将来我们还可以用它来进行靶向测序。”

问:Immatics还在开发其他的免疫疗法项目吗?

AS:Immatics还在开展临床前双特异性T细胞受体(bsTCR)项目。我们使用XPRESIDENT平台来鉴定pHLA靶点,以创建目标特异性TCR。双特异性TCR分子是可溶性融合蛋白,具有两个结合域:一个亲和力成熟且选择性高的TCR结构域,其识别并结合HLA I类受体背景下呈递的肿瘤特异性肽靶点;一个T细胞募集抗体结构域,其结合CD3或其他免疫调节T细胞表面蛋白。无论T细胞的固有特异性如何,这些新型生物制品的设计都能使T细胞被激活并攻击肿瘤。

问:您何时改用NGS在XPRESIDENT发现平台中进行RNA-Seq?

AS:我们最初使用寡核苷酸芯片在转录水平上测量RNA的表达。但我们还需要观察外显子特异性RNA的表达。我们研究了几种替代方案,包括新的芯片和NGS,比较了不同的技术和服务提供商。我们进行了几项试点研究,意识到了Illumina NGS的价值。

我们现在与一家服务提供商合作,在HiSeq 2500系统上使用TruSeq™ Stranded mRNA Library Prep Kit进行RNA-Seq。我们获得的RNA数据越来越多,并且对特定外显子有了深入的了解。使用NGS进行RNA表达分析的速度快,数据质量非常好。

问:您为什么开始使用NGS在发现平台上进行HLA分型步骤?

AS:我们开始使用PCR进行基本的HLA分型,并使用桑格测序进行更深入的分型。后来我们决定改用基于NGS的HLA分型,以相对合理的人力和财力成本对样本进行完整的HLA表征。我们研究了哪种规模和类型的测序仪能够满足我们的需求,适合我们的实验室。最后我们决定采用MiniSeq系统。它可以轻松进行HLA分型,将来我们还可以用它来进行靶向测序。

问:培训您的团队使用MiniSeq系统进行HLA分型花了多长时间?

AS:我们实验室团队有七个人在使用MiniSeq系统。我们进行了一次现场培训,运行了2-3次,就开始使用该系统。大家都很喜欢用它,它运行得很顺畅。

问:您如何进行HLA数据分析?

AS:我们使用Illumina Assign 2.0软件进行HLA分型分析。它提供的结果很好,有足够的深度,如果我们需要更多细节,可以对特定基因位点进行更深入的分析。

问:使ACT方法在未来广泛使用有哪些障碍?

AS:我们大部分的样本来源于白人群体。但是我们正在扩大数据库,纳入其他种族,确保最广泛的覆盖范围。

问:Immatics未来的愿景是什么?

AS:Immatics已经认识到,新的、更好的、更安全的靶点是开发未来癌症免疫疗法的关键。我们的愿景是通过鉴定新的个性化靶点,将T细胞的力量传递给癌症患者,用于最适合疾病的T细胞治疗项目。

了解有关本文提及的产品和系统的更多信息:

HiSeq 2500系统

MiniSeq系统

TruSeq Stranded mRNA Library Prep Kit(现更名为TruSeq Stranded mRNA)

参考文献
  1. Fritsche J, Rakitsch B, Hoffgaard F, et al.Translating Immunopeptidomics to Immunotherapy-Decision-Making for Patient and Personalized Target Selection.Proteomics.2018; Mar 5:e1700284 (Epub ahead of print).
  2. Zhang M, Fritsche J, Roszik J, et al.RNA editing derived epitopes function as cancer antigens to elicit immune responses.Nat Commun.2018; 9:3919.doi: 10.1038/s41467-018-06405-9.

*基因型组织表达项目门户网站

†癌症基因组图谱计划