【編者按】在上海市科學技術委員會資助（項目編號：22DZ2304300）下，澎湃新聞聯(lián)合《世界科學》對獲得國家及上海市科技獎勵的成果進行科普化報道。
本篇報道圍繞2022年上海市自然科學獎一等獎項目“獲得性免疫反應的觸發(fā)機制研究”展開，該獎項由中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心許琛琦研究員領銜獲得。
“現(xiàn)在已經(jīng)到了免疫治療的時代。”
2024年2月6日，中國科學院分子細胞卓越創(chuàng)新中心研究員許琛琦回憶，2009年他剛回國時， PD-1（Programmed cell Death protein-1，程序性細胞死亡蛋白-1）不那么為人知曉和關注?，F(xiàn)在，PD-1已被發(fā)展為腫瘤一線療法。
他領銜的“獲得性免疫反應的觸發(fā)機制研究”項目聚焦免疫學科學前沿，對抗原受體TCR（T Cell Receptor）、共刺激受體CD28和共抑制受體PD-1的活化機制展開研究，揭示了免疫受體信號觸發(fā)的分子機制，提出了“近膜靜電調(diào)控”的新理論，并進一步驗證了該理論對其它膜蛋白的普適性。
該項目還首次提出代謝調(diào)控與信號調(diào)控聯(lián)用的腫瘤免疫治療策略，發(fā)展了免疫受體調(diào)控的新策略，并驗證了其在腫瘤免疫治療中的應用前景。
許琛琦實驗室
突破對鈣離子的傳統(tǒng)認知
TCR是免疫系統(tǒng)T細胞表面負責識別抗原的主要受體，它可以引發(fā)下游信號通路，激活T細胞免疫反應。
2009年，許琛琦完成博士后訓練，在中國科學院上海生物化學與細胞生物學研究所（現(xiàn)中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心）開設獨立課題組。循著前期研究的軌跡，他想到：當T細胞遇到抗原時，TCR磷酸化位點如何從細胞膜上解離下來？
許琛琦團隊發(fā)現(xiàn)，在T細胞受到抗原刺激后，Ca2+（鈣離子）會從胞外流向胞內(nèi)，導致胞內(nèi)細胞膜附近的Ca2+濃度瞬時提高，后者能夠直接與酸性磷脂帶負電的磷酸根結合，中和其負電。酸性磷脂和TCR正電區(qū)的相互作用因此減弱，TCR的磷酸化位點暴露出來，磷酸化作用得以進行，從而放大TCR的活化信號。
這項研究于2013年發(fā)表于《自然》（Nature）雜志。
在上述論文投稿期間，審稿人向許琛琦提出了一個很難回答的問題：怎么證明鈣離子通過電荷功能引發(fā)了TCR的磷酸化，而非通過鈣離子的信號功能發(fā)揮作用？
這個問題很難有一個完美的答案。因為鈣離子在細胞內(nèi)有很多個信號通路，當時的敲除手段有限，研究人員很難把鈣離子涉及的所有信號通路都阻斷。
實在想不出好的解決辦法，許琛琦向《細胞研究》（Cell Research）常務副主編李黨生請教。李黨生建議引入植物中其他離子的轉(zhuǎn)運蛋白，例如銅離子，看是否可以發(fā)揮同樣的功能。但這個實驗的操作也不簡單，需要在人的T細胞里重構一個植物的離子的蛋白，再將這個離子送到細胞里去。
靈感出現(xiàn)在看足球比賽的路上。喜歡看足球賽的許琛琦約李黨生一起看上海申花隊的比賽，在出租車上繼續(xù)討論審稿人的問題。許琛琦忽然想到自己早前讀過的一篇文獻，提到T細胞上的鈣離子通道并不是特異性的，除了可以內(nèi)流鈣離子，還可以內(nèi)流其他二價陽離子，例如鍶離子、鈀離子。
他當即給學生施小山打電話，讓他試試這兩種離子。
實驗結果顯示，用鍶離子代替鈣離子具有同樣的表型，同時，鍶離子在T細胞內(nèi)沒有引發(fā)下游鈣離子的信號通路。問題迎刃而解。
許琛琦經(jīng)常在課堂上講這個故事?！霸诳茖W研究中，相互討論和批評與相互支持一樣重要?！彼f。
“這個實驗設計的出現(xiàn)只是靈光一閃。我們只做了很簡單的實驗，就回答了一個很難的問題?！痹S琛琦對澎湃科技記者說，講這個故事也是希望鼓勵學生們相互交流，從不同的角度思考問題。
“剎車”和近膜靜電調(diào)控
許琛琦團隊把CD3ε信號區(qū)裝到了沒有“剎車”機制的CAR（Chimeric antigen receptor，嵌合抗原受體）分子上，取名為E-CAR。
但與天然的TCR分子相比，CAR-T細胞因過度“活躍”而存在壽命較短和副作用風險的缺點。而E-CAR克服了這兩個缺點。2020年，這項研究結果發(fā)表于《細胞》（Cell）雜志，并入選當年中國生命科學十大進展。
基于CD3e 蛋白多重信號功能而設計的新型CAR-T細胞療法
此外，僅有TCR一個信號不足以激活T細胞。即便它被激活，也會馬上衰竭，需要共刺激分子CD28的輔助。
許琛琦團隊發(fā)現(xiàn)，酸性磷脂可以屏蔽CD28的磷酸化位點，鈣離子可以通過中和酸性磷脂負電荷來放大CD28信號。該論文于2017年發(fā)表于《自然-結構與分子生物學》（Nature Structural & Molecular Biology）。
TCR-Ca2+-CD28雙環(huán)路正反饋模型
此后在與其他團隊合作時，許琛琦團隊發(fā)現(xiàn)磷脂/鈣離子靜電調(diào)控同樣適用于其他多種免疫受體。
由此，許琛琦團隊總結性地提出“近膜靜電調(diào)控”理論，即酸性磷脂可以通過靜電相互作用調(diào)控免疫受體的構象與功能，鈣離子可以中和酸性磷脂的負電荷，從而間接調(diào)控免疫受體的活性。
提出代謝調(diào)控新策略
2006年，中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心原所長李伯良牽頭成立“膽固醇代謝平衡調(diào)控及其相關重要疾病的代謝組學機理”項目，獲得科技部支持。許琛琦加入了這個項目，研究課題是T細胞免疫的膽固醇代謝。
許琛琦團隊發(fā)現(xiàn)，T細胞的膽固醇水平與其活性和免疫殺傷能力直接相關。
基于膽固醇代謝調(diào)控的腫瘤免疫治療新方法
“我們想，如果膽固醇是好東西的話，為什么要儲存起來？如果抑制膽固醇的儲存，讓它得到充分利用，能進一步提高T細胞活性?！痹S琛琦團隊研究發(fā)現(xiàn)，抑制介導膽固醇儲存的酶ACAT1能夠有效增強T細胞免疫功能。
進一步，他們使用ACAT1抑制劑Avasimibe在動物模型中治療多種腫瘤，發(fā)現(xiàn)它具有很好的抗腫瘤效應，且該藥物與現(xiàn)有的抗PD-1藥物聯(lián)用后效果更佳。
許琛琦介紹，Avasimibe是美國輝瑞公司（PFE.US）研發(fā)的心血管疾病藥物，在3期臨床試驗中失敗，但成功的1期和2期臨床試驗證明了其人體安全性。這一發(fā)現(xiàn)為腫瘤免疫治療提供了一個全新的思路，入選2016年中國科學十大進展和中國生命科學十大進展。
“做轉(zhuǎn)化是一件很勇敢的事情，它比發(fā)論文更難，在理論層面上，講清楚某個通路20%的貢獻就可以發(fā)表一篇好論文，但在實踐中，也許這20%的貢獻根本沒有用?！痹S琛琦告訴澎湃科技。
雖然許琛琦認為自己不適合做全職創(chuàng)業(yè)的科學家，但他仍然希望將自己20年的原創(chuàng)成果轉(zhuǎn)化為真正對人體健康有益的產(chǎn)品。其團隊設計的E-CAR現(xiàn)正在兩項研究者發(fā)起的臨床試驗中檢驗有效性和安全性，分別針對腫瘤和自身免疫性疾病。他們還推出了E-CAR2.0版本，計劃繼續(xù)優(yōu)化。“如果把它看作開店，我希望開一個百年老店，不開分店，專注于將我的產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代。”許琛琦說。
基礎研究仍將是許琛琦實驗室的主要方向，未來的主線將放在抗原免疫和脂代謝上?！按蠹乙呀?jīng)看到TCR-T細胞療法的應用前景，但背后的一些基礎問題仍需回答，例如抗原免疫的特異性到底在哪？我們還會關注脂代謝機制，膽固醇是我們‘試水’的分子，我們會繼續(xù)研究其他的脂質(zhì)分子。”
（原標題：從免疫受體到免疫療法：他在基礎研究中理解生命健康與疾病）
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