CAR-NK 再進化：添加 PDZ 結構有助於免疫突觸形成與抗癌能力

　　NK 細胞是免疫細胞療法中引人注目的候選細胞之一，作為專門對抗病毒感染和腫瘤的細胞，NK 細胞天生具備識別和清除癌細胞的能力，並且相較於 T 細胞，NK 細胞較不易引起自體免疫、更適合進行異體移植及大規模生產。然而，NK 細胞在細胞療法中仍有許多待解決的問題，包括如何提高對腫瘤的殺傷能力、延長體內存活時間和克服腫瘤微環境中的免疫抑制等 [1]。

　　而為了提高免疫細胞對抗癌細胞的能力，最常見的方法便是利用基因工程將這些細胞表面嵌合上抗原受體（Chimeric antigen receptor，CAR），然而現有的 CAR 結構在形成免疫突觸上仍有缺陷。與原版的 T 細胞受體（T cell receptor，TCR）相比 CAR 所形成的免疫突觸結構較混亂、缺乏有序的超大分子活化複合物（supramolecular activation complexes，SMACs），因此需要更多訊號才能活化免疫細胞。相反的，TCR 因為能形成有序的結構，所以抗原識別的門檻較低並且有著較高的信號傳遞效率（圖一）[2]。

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圖一、TCR 與 CAR 形成免疫突觸示意圖，TCR 能形成較有序的免疫突觸，而 CAR 形成的免疫突觸則較雜亂。圖片來源：https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.02486

　　為了改善 CAR 的功能，團隊在 CAR 序列的最後加上了 PDZ 結合結構（post-synaptic density-95, discs large and zona occuldens 1 binding moieties，PDZbms），這個結構已知參與免疫突觸的形成 [3]，並使用慢病毒載體將 CAR 基因植入 NK 細胞中。經由體外實驗發現，具有 PDZbm 的 CAR-NK 能形成面積較大的免疫突觸，並且下游的 pZAP70 及 Lamp1 蛋白也有較高的強度分數（圖二）。而實際與癌細胞接觸後，具有 PDZbm 的 CAR-NK 也能產生更高的鈣離子流量，表示免疫活化的第一步已經開始。並且在細胞激素分泌上，CAR PDZ 也增加了 NK 在部分細胞激素的分泌量，並且有著更高的功能強度指數（圖三）。

圖二、（a）研究中使用的CAR示意圖（b）從連續的活細胞影像可觀察到 NK 細胞形成免疫突觸的過程（c）（d）（e）體外實驗中測量到的免疫突觸面積、下游的 pZAP70及 Lamp1 強度分數。
圖片來源：https://doi.org/10.1038/s41587-022-01650-2

圖三、（a）CAR PDZ 能產生更強的鈣離子流量（b）以及增加細胞激素分泌（c）（d）（e）並且有著較高的多功能強度指數（polyfunctional strength index，PSI）。
圖片來源：https://doi.org/10.1038/s41587-022-01650-2

　　在實際抗癌表現上，將 NK 細胞與癌細胞共培養後，CAR PDZ 相比於單純的 CAR 更能殺死較多的癌細胞。進一步的動物實驗在小鼠皮下植入腫瘤後，注射 CAR PDZ NK 的小鼠能顯著延長存活時間，並且同樣的 CAR 設計在 T 細胞上也適用（圖四）。

圖四、（a）NK 對癌細胞的毒殺試驗示意圖（b）細胞毒殺試驗結果，和單純的 CAR 相比 CAR PDZ 能殺死更多的癌細胞（c）在動物實驗中 CAR PDZ 也能顯著延長小鼠存活時間（d）同樣的 CAR PDZ 設計應用在 T 細胞上也能延長小鼠存活時間。圖片來源：https://doi.org/10.1038/s41587-022-01650-2

這項研究證實在 CAR 序列添加 PDZ 結構有助於免疫突觸形成，最終提升免疫細胞對抗癌細胞的效率。除了為種類繁多的 CAR 工具箱添加了新的工具，也再次強調免疫突觸對免疫細胞療法的重要性，讓人們在通往新一代細胞療法的道路上，踏出新的一步。

Main Article:

Chockley, P. J., Ibanez-Vega, J., Krenciute, G., Talbot, L. J., & Gottschalk, S. (2023). Synapse-tuned CARs enhance immune cell anti-tumor activity. Nature biotechnology, 10.1038/s41587-022-01650-2. Advance online publication. https://doi.org/10.1038/s41587-022-01650-2

參考文獻：

Khawar, M. B., & Sun, H. (2021). CAR-NK Cells: From Natural Basis to Design for Kill. Frontiers in immunology, 12, 707542. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.707542
Watanabe, K., Kuramitsu, S., Posey, A. D., Jr, & June, C. H. (2018). Expanding the Therapeutic Window for CAR T Cell Therapy in Solid Tumors: The Knowns and Unknowns of CAR T Cell Biology. Frontiers in immunology, 9, 2486. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.02486
Yeh, J. H., Sidhu, S. S., & Chan, A. C. (2008). Regulation of a late phase of T cell polarity and effector functions by Crtam. Cell, 132(5), 846–859. https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.01.013