基于蛋白L染色方法的流式细胞术检测嵌合抗原受体的表达
2021-07-14
来源:爱go旅游网
临床检验杂志2018年4月第36卷第4期Chin J Clin Lab Sci,Apt.2018,Vo1.36,No.4 ·241· ·DOI:10.13602/j.cnki.jcls.2018.04.01 临床检验技术研究· 基于蛋白L染色方法的流式细胞术检测嵌合抗原受体 的表达 邓海峰 ,韩为东 ,蒋敬庭。(1.苏州大学附属第三医院肿瘤生物诊疗中心,江苏省肿瘤免疫治疗工程技术研究中 心,苏州大学细胞治疗研究院,江苏常州213003;2.解放军总医院分子免疫学研究室,北京100853) 摘要:目的探讨以蛋白L(protein L)为基础的流式细胞染色方法用于检测患者T细胞表面嵌合抗原受体(chimeric antigen 单采2例CD19阳性淋巴瘤患者外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear receptor,CAR)表达的技术可行性。方法cells,PBMCs),磁珠分选法获得T细胞,加入靶向CD19、CD22的CAR逆转录病毒,转染、诱导培养成CAR·T细胞。通过生物 素化蛋白L(biotinylated protein L)一亲合素(streptavidin—PE)系统对CAR—T细胞表面的单链抗体片段(single—chain variable frag— ment,scFv)进行标记,用流式细胞术检测活化培养的T细胞中CD19一CAR、CD22-CAR表达阳性T细胞的比例,以常规Anti—IgG 染色的流式细胞检测方法作为对照组,进行结果对比。结果scFv—biotinylated protein L—streptavidin—PE-流式细胞染色方法能 够检测到CAR—T细胞表面CAR表达。2例患者蛋白L实验组和Anti—IgG对照组CD19一CAR—T细胞比例分别为71.6%vs 64.2%和49.3%vs 43.8%:CD22.CAR.T细胞比例分别为53.1%vs 46.3%和56.5%vs 64.0%,测定结果相似。结论 以蛋 白L为基础的染色方法可以作为流式细胞术检测CAR—T细胞的常规染色方法。 关键词:嵌合抗原受体T细胞;蛋白L;流式细胞术 中图分类号:R446.6 文献标志码:A A novel staining protocol based on protein L for detection of expression of chimeric antigen receptor by flow cytometry DENG Haifeng ,HAN Weidong ,JIANG Jingting (1.Department of Tumor Biological Treatment,the Third Afilfiated Hospital,Soo— chow University,Changzhou 213003,Jiangsu;2.Department ofMolecular Biology and Immunology,Chinese P General Hospital, Being 100853,China) Abstract:0bjective To evaluate the feasibility of the novel staining protocol based on protein L in lfow cytometry to detect the ex— pression of chimeirc antigen receptor(CAR)on the surface of T cells from patients.Methods The peirpheral blood mononuclear cells(PBMCs)were collected from 2 patients with CD19 lymphoma by hemapheresis and T cells were puriifed by magnetic bead se— lection.CAR was transfeeted with retroviruses targeting CD19 and CD22 into T cells to induce chimeric antigen receptor—modified T cells(CAR—T cells).The single—chain fragments of antibody molecules on the surface of CAR—T cells were labeled by biotinylated pro— tein L—streptavidin—PE system.The proportions of activated CD19一CAR and CD22一CAR positive T cells in the culture were detected by flow cytometry.The results were compared with those detected by conventional flow cytometry method based on Anti—IgG staining.Re— suits The expression of CAR on the surface of CAR—T cells was successfully detected by flow cytometry protocol based on the staining of single—chain variable fragment(scFv)一biotinylated protein L—streptavidin—PE.The percentages of CD19一CAR-T cells from the 2 pa— tients were 71.6%vs 64.2%and 49.3%vs 43.8%in the protein L group and the Anti—IgG control group respectively.and the per- centages of CD22一CAR-T cells were 53.1%vs 46.3%and 56.5%vs 64.0%.The results of the both groups were similar.Conclu- sion The staining protocol based on protein L could be used as a routine staining method in flow cytometry for the detection of CAR— T cells. Key words:chimeric antigen receptor—modiied T celfls;protein L;flow eytometry 嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor— modiifed T ceils,CAR.T)是经过基因工程修饰后的T 细胞,在细胞膜上表达特异性的单链抗体片段(sin— gle—chain variable fragment,scFv),并以此识别靶抗 活化信号至细胞内,T细胞随后活化、增殖并表现出 特异的细胞毒性,从而杀伤靶细胞 。CAR.T治疗 技术在血液系统肿瘤的治疗中已取得突破 ,在 实体肿瘤的研究中也展现出广阔的应用前景…。 原,通过T细胞受体‘链、共刺激分子等胞内区传递 蛋白L(protein L)是从消化链球菌中分离出来 基金项目:国家科技支撑计划(2015BAI12B12);国家自然科学基金(31570877、31570908);海外及港澳学者合作研究基金(3172001); 江苏省肿瘤免疫治疗工程技术研究中心(BM2014404)。 作者简介:邓海峰,1972年生,男,硕士,副主任技师,主要从事肿瘤免疫学研究。 通信作者:蒋敬庭,教授,博士,博士研究生导师,E—mail:jiangjingting@suda.edu.cn。 ·242· 临床检验杂志2018年4月第36卷第4期Chin J Clin Lab Sci,Apr.2018,Vo1.36,No.4 的一种抗体结合蛋白,能与IgG、IgM、IgA、IgE和IgD 等抗体的kappa轻链相结合,且不影响抗原结合位 点 J。嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor, CAR)的scFv是由抗体重链可变区(variable region of heavy chain,VH)和轻链可变区(variable region of light chain,VL)通过短肽连接而成,理论上VL有蛋 白L结合的位点。本研究旨在探讨基于蛋白L染 色方法的流式细胞术检测CAR表达的可行性。 1材料与方法 1.1研究对象血液样本取自2017年2月至8月 在苏州大学附属第三医院参加“嵌合抗原受体T细 胞治疗化疗抵抗的或难治性CD19阳性淋巴瘤”临 床试验的2例患者,其中男1例,年龄66岁,弥漫大 B细胞淋巴瘤,Ⅳ期B组;女1例,年龄45岁,弥漫 大B细胞淋巴瘤,Ⅲ期B组,免疫组化染色均CD19 阳性。此临床试验经过医院伦理委员会批准,患者 知情同意。 1.2主要试剂及仪器人全血单个核细胞分离液 (天津灏洋公司),LS分离柱(德国Miltenyi公司), RPMI 1640培养基(美国Gibco公司),CD3分选磁 珠、抗人CD28单克隆抗体(anti—CD28 mAb)(德国 Mihenyi公司),1v75、T225细胞培养瓶(美国Corning 公司),抗人CD3单克隆抗体(anti—CD3 mAb,美国 eBioscience公司),重组人成纤维连接蛋白(RetroN— ectin,日本TaKaRa公司),anti—CD19 scFv—CD28- CD3‘CAR、anti—CD22 scFv—CD137一CD3‘一tEGFR CAR(上海恒润达生公司),重组人白细胞介素一2 (rhlL一2,山东泉港药业公司),Jurkat细胞株(Clone E6.1,美国ATCC),重组生物素化蛋白·L(recombi— nant biotinylated protein L,美国Pierce Biotechnology 公司),藻红蛋白(PE)标记链霉亲合素(streptavidin— PE,美国Invitrogen公司),生物素化羊抗鼠IgG, F(ab ) 抗体、生物素化羊抗人IgG,F(ab ) 抗体 (美国Jackson Immunoresearch公司),CD3一APC— Cy7、同型对照IgG2 一APC—Cy7(美国BioLegend公 司),细胞活性染料(fixable viability dye,FVD,美国 eBioscience公司)。非组织培养处理24孔板(美国 Costar公司),Spectra Optia血细胞分离机(美国 Terumo BCT公司),FACS Canto II流式细胞仪(美国 BD Biosciences公司),MidiMACS分选器(德国 Mihenyi公司),KR2.5i离心机(法国Jouan公司), 二氧化碳培养箱(美国Thermo Fisher公司)。 1.3磁珠分选法分离T细胞用血细胞分离机采 集患者空腹状态下的单个核细胞约5 X 10 个,Fi— toll密度梯度离心法提取外周血单个核细胞(pe— ripheral blood mononuclear cells,PBMCs),PBS清洗 细胞2次,加入CD3分选磁珠(20 txL/10 cells),充 分混匀,4~8℃反应20 rain,加入Ls分离柱,阳性 选择,分选获得CD3 细胞,计数并且检测分选 纯度。 1.4 T细胞活化用含rhIL-2 500 IU/mL、anti—CD3 mAb 50 rig/mL、anti.CD28 mAb 100 ng/mL的RPMI 1640培养基调整细胞浓度为2×10。/mL,加入 5 细胞培养瓶,置于37 ,5%CO 培养箱培养48 h。 1.5 Jurkat细胞株培养Jurkat细胞用含10%胎牛 血清、100 U/mL青霉素、100 mL链霉素的RPMI 1640培养基培养传代。细胞悬浮生长,培养浓度为 1 Z 10 /mL。 1.6 CAR逆转录病毒转染 预先用重组人成纤维 连接蛋白(30 I ̄g/mL)包被非组织培养处理24孔 板。每孔加入2 mL CAR逆转录病毒液(anti—CD19 scFv-CD28一CD3 ̄CAR或anti—CD22 scFv—CD137一 CD3∈-tEGFR CAR),32℃、2 000 Xg离心2 h,弃去 上清液。每孔加入1 mL活化的T细胞(0.5 X 10。 个),30℃、1 000×g离心10 rain,培养板置于37 ℃、5%CO 培养箱中培养24 h。吸取细胞,按上法 重复转染1次。 1.7 CAR-T细胞培养将病毒转染后的细胞悬液 吸出,500×g、4℃离心10 min。用含500 IU/mL rhIL一2的RPMI 1640培养基重悬细胞,加入新的T75 细胞培养瓶中,置于37 、5%CO 培养箱中培养。 每天观察细胞的生长状况,适时补加含500 IU/mL rhlL一2的RPMI 1640培养基,调整细胞浓度为0.5× 10。/mL,适时转3"225培养瓶,培养12~14 d获得 CAR-T细胞。 1.8流式细胞方法分析CAR—T细胞表型取1 X 10。个CAR—T细胞,加入3 mL PBS混匀,400 X g离 心5 min,吸净上清液,重复清洗2次,加入200 L PBS重悬细胞。蛋白L组加入1 g重组生物素化 蛋白L(50 mL);Anti-IgG组加入2 L生物素化 羊抗鼠IgG,F(ab ):抗体或生物素化羊抗人IgG, F(ab ) 抗体。4℃反应45 min。重复清洗3次,加 入200 PBS重悬细胞。加入20 L streptavidin— PE(10 ̄g/mL)及20 L CD3一APC—Cy7,4 oC避光反 应30 min。清洗1次,加入200 txL PBS重悬细胞。 加入10 细胞活性染料(50 L/mL),4℃避光反 应30 min。清洗1次,加入400 L PBS重悬细胞, 临『术检验杂 2018年4 Jj第36卷第4期Chin J Clin Lab Sci,Apr.2018,Vo1.36,No.4 ·243· 用流式细胞仪检测。FVD染色设门去除死细胞所 致的非特异性染色,结果使用FIowJo 10软件分析。 2结 加入蛋白IlJ的实验组能检测到CAR—T细胞群体,未 加入蛋白L的空白组雄以检测到CAll—T细胞群体, 见图I。 滴度试验中分别加入蛋白L 0.0l、0.125、0.25、 2.1蛋白L和scFv特异性结合的验证为验证蛋 0.50、1.00、2.00、4.00 g,结果显示CAR-'r细胞表 白L能否和S ̄YFV特异性结合,选择来源于人急性T 细胞白血病的Jurkat细胞株作为通 型T细胞,取 达率变化呈曲线形态,蛋白L结合s(tFv存在量效关 系,饱和结合后测定达到最高值,过量加入蛋白L 会影响实验结果。经过重复实验,最后确定在1 X l0 个细胞、200 IxL反应体积的染色方法中,蛋白L 最适合加入量是1.0 Ixg,见图l。结果间接证明蛋 白L能特异性结合到CAR—T细胞的scFv上。 对数生长期的Jurkat细胞,用临床效果最为显著的 靶向CDl9的CAR(anti—CDI9 seFv—CD28一CD3‘ CAR)转染,加人含rhlL.2 500 IU/mL的RPMI 1640 培养基,诱导培养成CAR—T细胞。 通过SCFV-biotinylated protein L—streptavidin—PE一 流式细胞方法检测细胞上CAR的表达,结果 示, 0.Olpl ̄ 荧光强度 注:0.O(】 g丧,J;空白组;O.()I一4.0O g表示加入不同量蛋t't 1 的实验组 图l蛋白lJ滴度试验流式验证结果 2.2 基于蛋白L的染色方法检测肿瘤患者的CAR— uti4:DI9骶Fv-‘’D28-CD ̄‘^-1.1. T细胞 1例患者anti.CD19 seFv.CD28-CD3‘cAR 转染的T细胞中CDI9一CAR—T细胞比例:蛋白L实 验组71.6%、Anti—IgG对照组64.2%,见图2;anti— CD22 s(‘Fv-CD137一cD3‘一tEGFR CAR转染的T细胞 中CD22一CAR—T细胞比例:蛋白L实验组53.1%、 Anti—lgG对照组46.3%,见图3。另外I例患者 CDI9一CAR—T细胞比例:蛋白L实验组49.3%、Anti. 誊 曩 1gG对照组43.8%;CD22-CAR—T细胞比例:蛋白L 实验组56.5%、Anti—lgG对照组64.0%。成组的实 验数据比较类似。结果表明scFv—biotinylated protein L—sh’eptavidin—PE流式细胞方法可用于肿瘤患者的 CAR—T细胞的常规检测。 荧光强度 i—JgG对照组CDI9一CAR—T的流式 图2 蛋白L实验组/Ant分析 ·244· 口 临J术检验杂志2018年4月第36卷第4期Chin J Clin Lab Sci,ApJ’.2018,Vo1.36,No.4 anti-(’D22 F —CDI.17·(’D& ̄-tEGFR【’AR·T 由于靶抗原仅选择了CD19、CD20,常见的 CD22、CD30 CD33、CDI38、PSMA Mesothelin、 .EGFR、EGFRvIII、CEA、GD2、FAP、Glypican.3 1 HER2等CAR需要进一步验证 。此外,蛋白l 只能结合特定类型的轻链:人类VKI、VKm和vK1v 型kappa轻链,鼠类VKI型kappa轻链。 综上所述,我们利用蛋白L能特异结合免疫球 C●哪AntI-H ̄mtI G,SA-PE ,~¨矗_L,S^.P-【 蛋白和单链抗体kappa型轻链的特性开发出新的流 式染色方法,通过单链抗体片段.蛋白L.生物素一亲 合素一荧光染料染色,经流式细胞仪测定CAR的表 达。基于蛋白L的染色方法检测CAR—T细胞具有经 荧光强度 图3蛋白L实验组/Anti—lgG对照组CD22一CAR—T的流式 分析 济性与通用性功能,将在评估细胞转染效率、细胞回 输量和细胞体内存活时间方面起到重要的作用。 4参考文献 [1]Sadelain M,Riviere 1,Riddell s.Therapeutic~1【·ell engineering [J].Nature,2017,545(7655):423-431. 3 hi沦 }|前,流式细胞技术和PCR法是检测CAR.T 细胞常用的手段,如用PE标记的B细胞成熟抗原 (B—cell nlaturation antigen,BCMA)/FC融合蛋白检 测BCMA—CAR—T细胞 ;采用Alexa 488标记的 CI)19slgl-4融合蛋白检测CD19一CAR—T细胞 ,靶 [2](;rupp SA,Kalos M,Ban’ett D,et a1.Chimc ̄ic antigen recepl{ - modified…1<:ells tbr aCtl|e lymphoi ̄1 leukemia[j].N Engl J Med, 2013,368(16):1509一l518. 抗原/F c·融合蛋白检测CAR的特异性较好,但是重 绀融合蛋白成本、技术要求较高,且一种融合蛋白只 能检测一种CAR。应用AF647标记的羊抗鼠IgG抗 [3]Porter DI ,Levine BL,Kalos M, a1.Ciifmefi ̄·antigen l t·eplor· modiifed T cells in chronic lymphoid leukemia[J].N Engl J Med, 201 1,365(8):725-733.1)OI:10.1056/NEJMoal 103849. 体检测PSCA.CAR—T细胞 ,此法虽然可以检测鼠源 f, scF’v,但scFv物种来源较多,而且不同的多克隆抗 [4]Klebanoff CA,Rosenberg SA,Restito Nl’.Prospe ̄-Is !lie—engi- neered…1 rell imfutmotherapy for soli ct ealleers[J].Nat Med.201 6. 22(1):26 36.DO1:10.1038/nni.4015. 体导致 同的检测结果。Porter等 抽提患者PBMC 伞基 组DNA,针 对anti—CD19 CAR的转基因序列设 汁rraqMa,1探针,用实时荧光定量PCR方法检测 CDI9一CAR一.r细胞,此法可用于微量细胞检测,但无 法检测细胞转染效率和其他类型CAR—T细胞。 [5]Lakhrif Z,Pugniere M,Henriquel c,el a1.A method to¨mfer Pro— Iei11 L binding ability to aJly antibody fragment[J].MAt,s,2016,8 (2):379-388.DOl:10.1()80/l942O862.2Ol5.I 1 16657. [6]Ali SA,Shi V,Maric 1,el a1.T cells expressing 1111 anti—B ,ell mat- uration al ̄tigen clifmeric mltigcn re(’ellfor cause remissiorIs of muhiple myeloma[J].Blood.2016,l28(13):1688—1700 1)OI:10. 1182/bh ̄d-20l6lo4-7l1903. 本研究利用蛋白L能特异性结合抗体、单链抗 体kappa型轻链的特性设计方案,CAR—T细胞seFv [7]De Oliveira SN,Wang J,Ryan C,et“z A CDI9/F、(。fusion protein lor detection of anti—CDl 9 rhimerit’atttigen receptors[J].J l'ratl l Med,2013.11:23.DOl:10.1186/1479-5876 11—23. 和生物素化蛋白1 饱和结合,生物素再结合荧光染 料标iriS0链霉亲合素,最后通过流式细胞仪检测荧 光强度,问接测定CAR T细胞。实验结果表明,该 方法能够检测到CDI 9一CAR、CD22一CAR的表达。初 步表明基于蛋白I|的染色方法可以检测CAR—T细 [8]Portm DL,Flwang Wq、,Frey NV,el a1.Chimeric anligen…·e1)tni‘ ’1 cells persist and induce sustained remissions in relapsed rcfia(-toif chronic lymphocytit·leukemia[J].s【·i I'ransl Med,2015,7(303): 303 ra139.DOI:10.1 126/scilranslme ̄1.aac5415. 胞。生物素一亲合素系统具有放大作用,蛋白L方法 的检测灵敏度应该更高。本研究选用的anti。CD19 seF、V一【2D28一CD3 ̄CAR、anti—CD22 scFv—CD137一CD3∈一 [9]Jackson ttJ,Rafiq S,Brent.iens Pd.Dri',i“g CAll I'-ceils lbrward [J].Nat Rev Clin Oneol,2016,13(6):370-383.1)O1:10. 1(138/mclinone.2016.36. [10]Gill S,Maus MV,Porter DL.Chimeri<-antigen ret·eptor T rell thm’- apy:25 years in the making[J].Blood Rm’.2016,30(3): 157.167 tEGFR CAR的轻链都是kappa型,其中CD19。CAR 的scF、v为鼠源性、CD22-CAR的scFv为人源性,初 步结果表明:只要scFv轻链是kappa型,无论seFv 的靶向性和物种来源,基于蛋白L的流式细胞方法 都有望用于CAR—T细胞的检测。 (收稿日期:2017.12.12) (本文编辑:刘群)