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Cell：張元豪團隊開發ENTER系統，破譯細胞間通訊，助力疫苗開發和癌癥免疫治療

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生物世界 ? 2023-01-10 06:30:10 　來源：生物世界　E7044G0

（圖片來源：攝圖網）

作者|nagashi 來源|生物世界(ID：ibioworld)

在通訊技術高度發達的互聯網時代，手機、電腦等電子產品讓人與人之間的溝通交流變得便捷簡單，我們只需要動動手指頭，便能通過各種社交軟件把心中所想傾述給遠在天邊的親人朋友。

而在人體的微觀細胞層面，細胞與細胞之間也有一種特殊的通訊工具——配體與受體的相互作用，它們通過這種通訊方式進行信息交流，并調節機體的各種生理活動。因此，如果我們能破譯并操控這種細胞間通訊方式，就能控制細胞做出相應的反應。

近日，斯坦福大學張元豪團隊（余冰菲博士和施泉銘博士為第一作者）在 Cell 期刊發表題為：Engineered cell entry links receptor biology with single-cell genomics 的研究論文。

該研究描述了通過工程化受體-配體相互作用（ENTER）來顯示配體蛋白、遞送有效載荷和記錄受體特異性的慢病毒介導的細胞侵入。ENTER技術能夠系統地發現受體特異性、與細胞命運的聯系以及抗原特異性貨物遞送，為疫苗開發或癌癥免疫治療的合理設計提供依據。

單細胞基因組學的進展為破譯生物系統的分子和細胞異質性提供了前所未有的見解。盡管在破譯基因表達的中心法則方面取得了實質性進展，但細胞外源性信息，如細胞間配體-受體相互作用，在單細胞水平上的研究卻很少。

細胞之間通過配體-受體相互作用進行交流。例如，T細胞表面的T細胞受體（TCRs）可以識別抗原提呈細胞（APCs）表面的肽主組織相容性復合體（pMHC）并與之相互作用，從而激發免疫反應。T細胞受體（TCRs）和B細胞受體（BCRs）基因經過體細胞重組，形成不同的基因庫，從而識別無數抗原。

目前已經開發了許多方法來解釋TCR的抗原特異性，包括：1）使用人工APCs的細胞報告試驗；2）酵母展示平臺；3）基于T細胞的試驗；4）DNA條形碼的pMHC四聚體。盡管每種技術都有其獨特的優勢，但在臨床樣本中快速篩選pMHCs作為原代T細胞，并以高通量方式同時捕獲單個T細胞的抗原圖譜、TCR庫和轉錄組仍然具有挑戰性。此外，以抗原特異性方式靶向T和B細胞以選擇性地改變其行為也十分具有挑戰性。

值得注意的是，最近一項研究顯示，pMHC假型病毒允許對抗原特異性T細胞進行基因修飾。然而，目前仍缺乏除T細胞外選擇性操作抗原特異性B細胞的技術。

研究模式圖

因此，在這項Cell 研究中，張元豪團隊開發了一種名為ENTER的新技術，它由慢病毒介導，并通過工程受體-配體相互作用（ENTER）來顯示配體蛋白、傳遞有效載荷和記錄受體特異性。

ENTER技術是一種通過細胞進入記錄配體-受體相互作用的研究平臺

研究團隊不斷優化ENTER，以解碼T細胞受體（TCR）-MHC肽、抗體-抗原和其他受體-配體對之間的相互作用。此外，慢病毒呈遞策略允許ENTER捕獲B細胞受體與任何抗原之間的相互作用。

優化ENTER，在病毒表面呈現細胞內抗原，解碼BCR與抗原之間的相互作用

在研究團隊的特殊設計下，ENTER技術可以向抗原特異性T或B細胞遞送遺傳載荷，從而選擇性地調節混合人群的細胞行為。不僅如此，通過RNA測序獲得的單細胞ENTER讀數（ENTER-seq）可以實現抗原特異性、TCR克隆性、細胞類型和單個T細胞狀態的多重枚舉。

ENTER-seq用于大規模平行測量抗原肽序列、TCR序列和轉錄組

在實踐應用上，CMV血清陽性患者血液樣本的ENTER-seq揭示了驅動效應記憶T細胞分化的病毒表位，以及針對同一表位的克隆間和克隆內表型多樣性。

體外擴增的CMV特異性原代T細胞的ENTER-seq

研究團隊還設想了幾個基于ENTER技術的轉化應用：1）ENTER技術可用于篩選免疫原性抗原或精英TCRs，為疫苗開發或癌癥免疫治療的合理設計提供依據；2）ENTER技術可用于篩選靶向病毒抗原的BCR，從而促進治療性抗體的開發；3）ENTER可將遺傳載荷靶向遞送到抗原特異性T和B細胞中，重新激活耗竭的抗腫瘤T細胞或用于耗竭自身反應性T或B細胞以治療自身免疫；4）如果將ENTER技術擴展到其他受體-配體對，如G蛋白偶聯受體、黏附分子或原鈣黏蛋白，則可用于解決免疫系統之外的細胞間連接及其相關疾病。