2021-11-16

Nat Biotech |免疫肽组学鉴定肿瘤抗原

原创 存在一棵树 图灵基因 今天

收录于话题#前沿分子生物学技术

撰文：存在一棵树

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亮点：

本篇综述阐述了经典和非经典的肿瘤抗原，并讨论了非经典抗原在免疫系统识别肿瘤以及在癌症免疫疗法中的重要性。

2021年10月11日，瑞士洛桑洛桑大学路德维希癌症研究所的Michal Bassani-Sternberg与George Coukos在《Nature Biotechnology 》上发表了一篇名为“Identification of tumor antigens with immunopeptidomics”的综述。本综述回顾了当前识别和验证肿瘤抗原的方法，阐述了该领域仍有待解决的主要挑战和局限性；概述了非经典肿瘤抗原的潜在临床意义，并讨论了将抗原发现方法推进临床的潜在途径。

杀伤性 T 细胞识别肿瘤细胞需要人类白细胞抗原 (HLA) 分子在抗原呈递细胞表面呈递肿瘤抗原，大多数已知的肿瘤抗原已通过广泛的分子特征鉴定，其中来自于基因组的蛋白质编码区，则为经典肿瘤抗原；而非经典抗原是源自蛋白质编码区之外的序列或由非经典抗原加工机制产生的抗原。在蛋白质编码基因的开放阅读框 (ORF) 内编码的经典肿瘤抗原已被广泛探索用于癌症免疫治疗，而在2016 年，Laumont 等人通过基于 MS 的免疫肽组学表明，HLA 结合肽可以来自蛋白质编码区以外的来源。如图1所示，用于HLA-I 呈递的细胞内肽生成始于基因组区域的转录及其向蛋白质翻译的过程中，遗传变异、表观遗传调控、转录本剪接机制、RNA 编辑和异常翻译的存在可能导致非经典肽产物的产生。

目前临床研究急需的是可系统鉴定真正具有肿瘤特异性、在患者之间共享、在所有恶性细胞中稳定表达和具有免疫原性的肿瘤抗原的方法，以此快速推进癌症免疫疗法的发展。其中免疫肽组学是一种大规模、深入的方法，能够识别和量化所呈现的 HLA 免疫肽组。但其需要实施先进的分析和计算蛋白质基因组学管道，以准确识别、验证和筛选规范和非规范的抗原，然后可以选择这些抗原进行临床前测试和临床实施。这里，如图2所示，介绍了基于质谱的免疫肽组学，其是通过免疫亲和力的纯化和液相色谱-质谱联用的测定，对HLA呈现的多肽样品进行集体鉴定和定量。过程如下，首先收集和处理来自癌症患者的肿瘤组织和健康匹配组织以提取 HLA 肽；采用平板法进行 HLA-I 和HLA-II 免疫亲和纯化，通过反相 C18提取从 HLA 复合物中分离出多肽；随后这些肽经过液相色谱分析并注入质谱仪以获得质谱图；与此同时，对肿瘤组织和血液/健康组织DNA 进行测序，以确定肿瘤特异性非同义突变；RNA-seq用来深入了解感兴趣的转录本的表达水平，Ribo-seq 可以用来确定积极翻译的转录本；组学信息用于定制蛋白质参考数据库，进一步过滤以只包含肿瘤特异性的结果，参考数据库既可以用于匹配的免疫肽组学样本，也可以进行质谱分析。总的来说，MS 数据库的搜索提供了肿瘤经典和非经典抗原的鉴定。

通过 MS 从生物样品中识别新的但未注释的非规范抗原并不简单，因为只能识别数据库中已经提供的肽序列，但由于下一代 DNA 测序、RNA 测序 (RNA-seq) 和核糖体测序(Ribo-seq) 技术的快速发展，新现蛋白质基因组学。蛋白质基因组学可利用来自基因组学、转录组学和翻译组学数据的信息扩展基于 MS 的蛋白质组学或免疫肽组学数据的解释，可能对免疫肽组学分析提供指导。对于这种解释，蛋白质序列数据库可以是通用的，也可以部分或完全针对癌症患者进行个性化。如图3所示，蛋白质基因组学指导的免疫肽组学分析的方法分为三个部分：数据库 (DB) 创建、肽识别以及后处理和验证程序。其中数据库创建，可以从简单的通用数据库到复杂的数据库，包括使用可用测序数据进行个性化定制，并且可以利用特定条件来过滤从而定制的进一步的数据库。

基于蛋白质基因组学对非经典 HLA 结合肽的鉴定依赖于不同信息层的组合，然而根据目前面临生物学问题，研究人员被迫在数据库完整性、搜索时间的增加和更高的 FDR之间进行权衡，但目前多种proteogenomics多重计算工具被开发出来，在近几年应用到解决这一关键问题，使其可在错误的层面上控制或仔细评估。各种研究表明，非经典肿瘤抗原肽的翻译可以在肿瘤免疫中发挥重要作用，因此将非经典肿瘤抗原肽与检查点阻断治疗策略相结合，将增加可用的免疫治疗选择。所以必须充分探索这些非经典抗原，并提供原始数据以支持目标的识别、验证和分类，并确保一致的基因组注释；除此之外，非经典抗原的许多属性需要进一步剖析，如其在肿瘤中表达的可能异质性及其免疫逃逸机制。

最终，当认为此类抗原具有临床相关性并在临床前模型中得到验证时，可应用于不同的免疫治疗平台，包括疫苗接种方法、T 细胞疗法、T 细胞受体 (TCR) 模拟抗体；并通过改进生物样本库工作，收集多个纵向不同的肿瘤区域和匹配的健康组织患者样本，更多的转化研究将揭示非经典抗原的全部临床意义。

教授介绍

Michal Bassani-sternberg，瑞士洛桑大学肿瘤学系Hi-TIDe实验室免疫肽类组组长。该小组的中心目标是将基于质谱的免疫肽组学整合到肿瘤科个性化免疫治疗的创新转化临床策略中。其研究主要集中在通过质谱法发现抗原上，并开发了一种基于 MS 的高通量工作流程，可以直接从组织样本中严格准确地深入鉴定 HLA 结合肽；还建立了一个非常全面的从不同癌症类型中分离出来的免疫肽数据库，并发现了数百种与癌症相关的新 HLA 配体；结合外显子组测序数据，将分析扩展到包括识别患者的特定新表位，这些新表位包含非同义体细胞突变。目前，其实验室正在推进了这一策略，以开发针对癌症患者的个性化免疫疗法和免疫监测。

参考文献

1、Chong, C., Coukos, G. &Bassani-Sternberg, M. Identification of tumor antigens with immunopeptidomics. NatBiotechnol (2021).