科学家们开发了新的方法来更快、更准确地找到触发特定免疫细胞的抗原

细胞的秘密可以从它的表面揭示出来。它装饰着数万到数十万个分子，帮助免疫细胞区分敌友。其中一些突出的分子是抗原，触发免疫系统攻击。然而，科学家们很难在分子森林中识别出这些抗原，这些抗原通常在个体之间存在差异。

斯坦福大学的一组科学家开发了一种新的方法，可以更快更准确地预测哪种抗原会引发强烈的免疫反应。他们的方法可以帮助研究人员开发出更有效的癌症免疫疗法。这项研究由Sarafan ChEM-H研究所的学者Polly Fordyce领导，今天(2022年9月5日)在《Nature Methods》杂志上发表。

T细胞是一类免疫细胞，当它们在身体上巡逻时，会爬行并挤过其他细胞。它们利用T细胞受体从分子上读取多肽或蛋白质短片段，这些短片段被包裹在从细胞表面投射出来的称为主要组织相容性复合体(pMHCs)的较大蛋白质中。健康的宿主细胞显示出一系列不触发免疫反应的pMHCs。然而，一旦T细胞识别出疾病指示肽，它们就会被激活，找到并杀死带有这些外来特征的细胞。了解T细胞如何敏感地将这些抗原肽从宿主肽中区分出来，从而避免错误地杀死宿主细胞一直是一个谜。

生物工程和遗传学助理教授Fordyce说:“T细胞可以在细胞表面10,000到100,000条非抗原肽中检测出一种抗原肽。”

选择性的关键在于T细胞的爬行。T细胞的滑动会给受体和肽之间的连接带来压力，大多数情况下，这种额外的压力足以破坏这种连接。但有时，它会产生相反的效果。该研究的合著者、分子和细胞生理学及结构生物学教授克里斯·加西亚(Chris Garcia)和其他人此前已经表明，最具抗原性的多肽是那些与T细胞受体的相互作用随着滑动而增强的多肽。

Fordyce说。“当你稍微拉动受体和抗原的相互作用时，这种结合实际上持续更长时间。”

细胞的模仿

要想找到最佳的抗原受体对，需要同时在肽和T细胞之间施加滑动或剪切力，并测量T细胞的活化情况。理想情况下，这将进行数千次，以获得许多可能的肽/T细胞受体对的可重复数据。然而，现有的方法是时间密集的，并且可能导致在一天内测量数百个T细胞的一个肽。

该研究的第一作者、博士后学者Yinnian Feng开发了一种技巧，使研究团队能够在不到5小时的时间内测量20种独特的肽与数千个T细胞的相互作用。

为了制造一个模拟悬浮多肽细胞的简化系统，他们用一种材料构建了小的球形珠，这种材料在加热时会膨胀，并将一个给定的多肽颗粒pMHCs的几个分子附着在它们的表面。将一个T细胞放置在每颗珠上，等待足够长的时间让受体与肽结合，然后将珠轻微加热。珠子的膨胀增加了栓系点之间的距离，相应的T细胞的拉伸模拟了它在体内沿着细胞滑动时所受到的力。在施加这种力量之后，研究小组测量了T细胞的活跃程度。     

他们可以通过使用每一种独特颜色标记的珠子并行进行数百个单独的实验，这使得追踪多种不同的pMHCs成为可能。每次运行后，他们在每张幻灯片上都拍了两组照片:一组告诉他们给定的珠子显示的是哪一种pMHCs，另一组告诉他们珠子上的每个T细胞的活性。交叉比对这些图像可以告诉他们哪种抗原导致了最强的T细胞反应。

在他们平台的演示中，研究团队展示了21种独特的多肽，他们的结果证实了一个T细胞受体已知的激活和非激活多肽，并揭示了一个之前未知的抗原，可以诱导强烈的T细胞反应。在与加西亚实验室的合作中，他们也已经开始应对免疫疗法中的一个挑战:在实验室中与抗原形成最高亲和力的T细胞受体通常也会被体内的非抗原肽激活。这是一种危险的副作用，会导致健康细胞的死亡。

利用他们的技术，研究团队确定了T细胞受体的特征，这些T细胞受体可以特异性识别肿瘤抗原，而不会产生脱靶反应。在未来的工作中，他们计划建立超过1000个多肽库，以发现新的抗原。

科学家们希望这种快速且只需要很少细胞的方法，或者是一种优化的方法，有一天可以用于改进个性化免疫疗法。Fordyce说:“这个平台可以帮助改进专门针对癌细胞的T细胞工程，以及确定哪些抗原能够有效地激活病人自身的T细胞，从而更有效地针对癌细胞。”

参考文献:Bead-based method for high-throughput mapping of the sequence- and force-dependence of T cell activation