CDCP1

摘要：随着人类多能干细胞（hPSCs）特定谱系分化技术的进步，下游细胞分离已成为生产hPSC衍生产品的关键步骤。由于分化过程通常导致异质细胞群的形成，需要进行细胞分离，以富集所需的细胞群或去除不需要的细胞群。本文总结了hPSC衍生细胞分离过程的最新进展，包括标准的分离技术，如磁激活细胞分选，以及基于粘附强度和代谢通量等新型分离策略。特别讨论了下游生物加工流程和不同细胞谱系表面标记的识别。尽管大规模hPSC衍生细胞的下游生物加工仍面临挑战，但应实施合理的质量设计方法，以增强对过程与产品之间关系的理解，并确保所产生细胞的安全性。 1.引言 人类多能干细胞（hPSCs）因其独特的自我更新能力和分化成几乎所有类型细胞的能力，为多种体细胞组织提供了替代细胞来源。hPSC衍生物已在几个I期临床试验中进行了测试，以评估它们作为治疗产品的潜在用途，并且还用于药物发现和疾病建模。最初，hPSC衍生细胞的开发和制造集中在优化分化效率上，即上游生物加工，从而改进了分化协议，允许以高效率和纯度生产特定谱系的细胞。例如，使用基于胚胎体（EB）的协议或通过双重抑制SMAD（小母体抗背足蛋白）信号的单层协议，可以从hPSCs中以70-90%的纯度生成少突胶质细胞前体（OPCs）和神经前体细胞（NPCs），以及使用生长因子或小分子引导的协议可以生产30-90%纯度的心肌细胞。这些高效分化协议的开发显示了上游生物加工在生产hPSC衍生细胞方面的巨大进展。然而，下游生物加工（即细胞分离），作为完成hPSC衍生产品的关键步骤和瓶颈，需要进一步研究。 由于当前从hPSCs分化的过程通常会产生包括残留未分化细胞在内的混合细胞类型，因此需要进行下游生物加工，以选择性纯化所需的细胞群或去除不需要的细胞群（图1A）。例如，最终的干细胞产品不含未分化细胞或不需要的谱系的前体细胞对于减少移植后畸胎瘤形成的风险至关重要。在这里，我们回顾了hPSC衍生物的新兴下游生物加工，包括hPSC扩增和分化后的细胞分离的最新进展。我们提供了识别新型谱系特异性表面标记的例子，这些标记可以用于分离hPSC衍生细胞。此外，我们还讨论了hPSC下游生物加工的方法和实际流程，以及生产神经和心脏细胞面临的特定挑战。 图1 hPSC衍生产品的下游生物加工。(A) 富集和耗竭策略以分离hPSC衍生细胞。(i) 富集：收集所需细胞（适用于低分化效率）。(ii) 耗竭：去除不需要的细胞（适用于高分化效率）。(B) 下游处理的主要步骤。(1) 细胞收获；(2) 离心以去除收获酶；(3) 保持等待所有细胞被收获；(4) 耗竭以去除不需要的细胞；(5) 离心以去除耗竭缓冲液；以及 (6) 填充和完成将细胞转移到冷冻保护缓冲液中进行冷冻保存。如果每个步骤在理想情况下的产量为90%，则这些步骤后的总产量预计为59%。(C) 聚集对大规模细胞标记的影响。(i) 单细胞悬浮液允许用磁性珠进行细胞标记。(ii) 如果发生聚集，目标细胞无法均匀标记，聚集体中未标记的细胞被去除，从而降低了产量。(iii) 具有高聚集倾向的细胞保持在配制的缓冲液中作为单细胞悬浮液，以提高处理效率。本图包含了Servier Medical Art (smart.servier.com)的图像。 2.纯化hPSC衍生产品的技术 在分化过程中，hPSCs及其衍生物在细胞密度、表面标记的表达、代谢需求和粘附强度方面具有阶段特异性。基于这些和其他特征，已经评估了不同类型的干细胞衍生细胞的分离过程，包括基于密度的分离和荧光激活细胞分选（FACS）以及基于特定表面标记的磁激活细胞分选（MACS）等标准分离技术。随着对hPSC属性的更好理解，也开发了基于差异粘附到培养容器的细胞分离和基于不同代谢活性的选择性去除细胞等新型分离策略。 2.1.基于密度的分离 在分化培养中可能会产生具有不同细胞密度的混合细胞类型，可以根据它们的密度进行分离。一个例子是使用Percoll梯度离心来富集hPSC衍生的心肌细胞。从分化培养中收获的细胞被加载到Percoll的两层上，然后进行离心。大多数心肌细胞将出现在Percoll的下层，而非心肌细胞将在其他分数中。从含有大约50%心肌细胞的起始分化培养中可以获得高达95%纯度的心肌细胞。然而，这种方法分辨率低，不适合大规模分离。 2.2.基于细胞生物物理特性的分离 在未分化的hPSCs、部分重编程细胞、体细胞和hPSC衍生的分化细胞之间观察到显著的生物物理特性差异。例如，粘附特性、质膜刚度和光学特性在hPSCs的不同发育阶段表现出不同。这些特性的变化可以作为选择特定承诺群体的目标。 hPSC衍生的心肌细胞显示出来自肌球蛋白杆状体的特定二次谐波信号，这使得它们能够从异质的分化细胞群体中分离出来。或者，从重新培养的分化hESC聚集体中衍生的神经嵴细胞会自发地从主要细胞团中分离出来，这使得它们可以通过形状选择和手动挑选进行隔离。 另一方面，从小鼠诱导多能干细胞（miPSCs）衍生的扩增色素细胞被证明比非色素细胞更具粘附性。这种特性使得它们可以通过调节暴露时间和酶解离的类型来进行纯化：非色素菌落可以通过5分钟的Accutase处理和吹打来回收，而剩余的粘附色素细胞可以用胰蛋白酶二次回收。类似地，在细胞解离前用ROCK（Rho相关蛋白激酶）抑制剂（Y-27632）进行介质补充，可以去除粘附性较低的细胞，从而富集内皮祖细胞。此外，发现退出多能性会增加细胞膜刚度。这些膜流动性和脂质组成的改变可以与分化阶段联系起来。基于这一原理，可以根据膜流动性条件下它们的粘附特性进行细胞分离，以选择各种分化细胞。 人类诱导多能干细胞（hiPSC）菌落可以在4分钟内通过85-125 dynes/cm2的剪切应力在流体流动应用下脱落，而分化细胞由于粘附强度更高而保持附着。这种方法可以从异质重编程培养物和分化的后代中分离出完全重编程的iPSC菌落，纯度超过95%。然而，这种方法尚未评估用于特定谱系分化的细胞。 由于细胞/粘附表面相互作用在分化过程中受到调节，这导致了新型生物材料的开发，用于特定分化表型的细胞隔离。在未分化阶段，iPSC菌落可以从热敏聚合物（PNIPAAm（聚（N-异丙基丙烯酰胺）））在低温（即22°C）下选择性脱落，而承诺的细胞仍然附着在表面。这种方法可以实现未分化干细胞群体的非侵入性富集。类似地，hiPSCs承诺用于心脏谱系，种植在与层粘连蛋白-521涂层的聚（N-异丙基丙烯酰胺）上，其临界溶液温度在8°C，促进心肌细胞的特定脱落。 此外，研究发现，通过高速激光照射光响应聚合物的特定区域（即聚[（甲基丙烯酸甲酯）-共（分散黄7丙烯酸酯）]层）可以消除承诺的细胞。或者，不同亚型的层粘连蛋白促进各种分化细胞类型的不同粘附强度。例如，LN211/332/511E8促进非上皮细胞的粘附，而LN332/511E8则有利于上皮细胞的附着和增殖。细胞与不同层粘连蛋白亚型结合的特异性使角膜上皮细胞能够从异质分化的细胞中纯化。 2.3.基于代谢活性的选择性细胞去除 基于心肌细胞和非心肌细胞在葡萄糖和乳酸代谢上的显著生化差异，可以从hPSC分化培养中获得高纯度（高达99%）的心肌细胞。未分化的hPSCs和主要依赖糖酵解的非心脏细胞在葡萄糖耗尽和乳酸丰富的条件下无法生存，而心肌细胞可以通过使用乳酸作为替代能源而存活。因此，在补充乳酸的葡萄糖耗尽培养基中，心肌细胞更倾向于存活并因此被富集。同样，使用葡萄糖耗尽并补充脂肪酸和3,3′,5-三碘-L-甲状腺素（即促进脂肪酸氧化和线粒体生物发生的分子）的培养基，已报道了心肌细胞的选择和成熟。视网膜上皮细胞（RPE）被发现表达高水平的脂蛋白受体内化AcLDL（乙酰化低密度脂蛋白）。基于这一原理，使用Dil偶联的AcLDL对分化的RPE群体进行特异性标记和富集。另一个例子是靛青绿（ICG）被肝细胞特异性内化。通过修改ICG的荧光发射特性，设计了一种肝细胞纯化剂（HPA，λem = 562 nm），用于标记和体外分选来自hPSCs的纯化肝细胞。 2.4.负选择 与正细胞选择相反，其他方法已经开发出来，通过特异性诱导不需要的细胞类型的凋亡来去除它们，从而提高所需表型的回收率。例如，将PSCs转染与合成微小RNA（miRNA）开关（即在没有目标miRNA的情况下减少相关蛋白的翻译水平），miR-Bim（Bcl-2相互作用的细胞死亡介质）开关，诱导未分化细胞的选择性凋亡，同时保持分化的心肌细胞。或者，凝集素rBC2LCN-PE23被发现能够特异性结合并内化到未分化的干细胞，并诱导它们的凋亡。这种化合物被发现可以有效地降低畸胎瘤形成的风险。 2.5.通过FACS分离 FACS设备可以检测用荧光素偶联抗体标记的细胞的荧光信号。基于标记特征和目标标记（通常是表面抗原），FACS允许将单个细胞根据多个表面标记进行高选择性地排序和分离成不同群体（例如SSEA（阶段特异性胚胎抗原）-4阳性或SSEA-4阴性）。FACS的一个优点是它允许基于多个表面标记进行连续和多参数分离，尽管细胞活性可能会受到排序程序的影响。然而，FACS的通量有限，每秒可排序5×103到7×104个细胞。因此，FACS更适合研究用途的小规模细胞分离。 2.6.通过MACS分离 MACS是一种类似于FACS的技术，但使用带有针对特定细胞表面抗原的抗体的磁性颗粒。在磁场中，磁性标记的细胞将在柱中保留，未标记的细胞将流出。例如，通过针对心肌细胞相关表面标记VCAM1（血管细胞粘附分子1）的MACS，从hPSC分化培养中富集心肌细胞至95%。然而，尽管MACS是一种吸引人的方法，可以从细胞混合物中选择性地去除不需要的细胞，但它也有其局限性。例如，一项建模研究表明，为了从分化和未分化细胞的池中清除SSEA-1阳性的未分化干细胞，需要不切实际数量的重复MACS。然而，磁性珠的亲和力也可以通过新型表面修饰来提高，以提高排序效率。MACS的一个优点是，由于成本较低和商业化的自动化、封闭系统的可用性，它比FACS更适合大规模处理。MACS珠的替代品，SpheriTECH，通过简单的亲和结合在大珠上排序细胞，无需纯化标签，就能纯化来自hiPSCs的光感受器前体细胞。 2.7.使用微流控技术分离 微流控技术最近被证明是hPSC培养、表征和筛选的高效工具。微流控技术也可用于异质分化细胞群体的分离。例如，已制造微流控滚动柱用于选择性分离SSEA-1阳性细胞。滚动柱芯片的边界涂有抗体，降低了SSEA-1阳性细胞的滚动速度，而承诺的细胞则流出通道。因此，SSEA-1阳性细胞在通道内停留的时间更长，从而可以从分化细胞中分离出来。通过在微流控芯片底部覆盖有抗Tra（肿瘤相关抗原）-1-60抗体的脊状图案，也进行了类似的操作，从hiPSCs衍生的心肌细胞中消除未分化细胞。 3.表面标记识别用于分离hPSC衍生细胞 由于FACS和MACS依赖于表面标记的检测，因此识别不同谱系在hPSC分化过程中不同阶段的特异性表面标记非常重要。我们讨论了关于未分化细胞和三个胚层衍生物（包括神经细胞、心肌细胞和胰腺前体）表面标记的研究示例（表1）。 3.1.未分化细胞的表面标记 表面标记如Tra-1-60、Tra-1-81和SSEA-4已被用于识别和去除未分化的hPSCs（小鼠胚胎干细胞，mESCs使用SSEA-1）。例如，FACS和MACS可以从其他细胞中分离出SSEA-4和Tra-1-81标记的hESCs（人类胚胎干细胞），针对SSEA-5、CD（分化群）9和CD90的FACS，这些是多能干细胞的标记，可以从未完全分化的hESC培养物中去除具有畸胎瘤形成潜力的细胞。波达卡林样蛋白-1也在未分化细胞中高度表达，识别波达卡林样蛋白-1的细胞毒性抗体已被用于选择性杀死未分化的hESCs。此外，表面蛋白的特定糖基化可以区分多能细胞和非多能细胞；因此，具有独特结合能力的凝集素已被用于去除hPSCs。 需要注意的是，畸胎瘤也可能起源于仍具有干细胞特征且未完全分化的前体细胞；因此，这些前体细胞也需要从干细胞衍生产品中去除。无论如何，对于安全的细胞治疗来说，确定去除标准和检测未分化干细胞或前体的检测方法的灵敏度至关重要。 3.2.神经分化的表面标记 当前的hPSCs神经分化方法在发育阶段和谱系规范方面导致细胞异质性。CD133、A2B5、CD29、CD146、NCAM（神经细胞黏附分子）（或CD56）和CD271被报道为神经前体细胞（NPCs）的表面标记，CD24和NCAM是神经元的表面标记。通过FACS靶向CD24或NCAM可以分离分化的神经元。NPCs、神经元和胶质细胞的分离也可以通过标记组合实现（例如CD184+/CD271−/CD44−/CD24+用于NPCs；CD271−/CD133+用于神经元），不同的组合可以用来描绘NPCs：CD184+/CD326−、CD133+/CD45−/CD34−，CD133、CD15和GCTM-2的表达，以及CD24、CD15和CD29的表达。最近，使用CORIN（一种地板板标记）来分离人类iPSC衍生的多巴胺能前体。使用LMX1AEGFP（LIM同源框转录因子1-A）报告细胞系，已鉴定出可以从hESCs衍生的多巴胺能神经元中选择性富集的新膜标记，如多唾液酸化的胚胎形式的神经细胞黏附分子（PSA-NCAM）和接触蛋白2（CNTN2）。其他研究已经鉴定出新的表面标记，用于正向富集中脑多巴胺能神经元，如LRTM1（富含亮氨酸重复和跨膜域1）、CORIN和CD166，或在LMX1+ FOXA2（叉头框A2）+细胞分选后去除不需要的细胞（CXCR4，C-X-C基序趋化因子受体4）的标记。 报道的少突胶质细胞前体的表面标记包括NG2（神经/胶质抗原2）、PDGFRα（血小板衍生生长因子受体α）和DLX2（远端缺乏同源框2）或PDGFRα/CD140。然而，由于细胞表型的异质性很大，因此很难仅基于单一标记分离少突胶质细胞。 3.3.心肌细胞分化的表面标记 已经鉴定了心脏前体细胞和成熟心肌细胞的标记。KDR（激酶插入域受体）low/C-KITneg心脏前体细胞表达高水平的心脏转录因子，并且在进一步分化后可以产生>50%的心肌细胞。同样，KDR+/PDGFRα+心脏前体细胞可以分化成>80%的心肌细胞。此外，也已经鉴定出心肌细胞特异性表面标记，包括信号调节蛋白α（SIRPA）、VCAM1和活化的白细胞细胞粘附分子（ALCAM）。从起始培养物中基于SIRPA的选择，这些培养物约有40-50%的心肌肌钙蛋白T阳性（cTnT+），90-98%的细胞对cTnT+呈阳性。通过MACS基于VCAM1的选择可以富集cTnT+细胞高达95%。与这些正向选择方法相比，对于心肌细胞分化效率高（80-90%）的培养物，可能考虑去除不需要的细胞群体。同样，可以使用VCAM1偶联的磁性Dyna珠子或整合素（α1、α5和α6）和N-钙粘蛋白纯化心肌细胞至90%以上纯度。 3.4.内胚层、肝脏、肾脏和胰腺细胞分化的表面标记 hPSC衍生的胰腺细胞是异质性的。CD142被鉴定为胰腺内胚层（PE）细胞的标记，这些细胞能够产生具有葡萄糖反应性的胰岛素分泌细胞，而CD200和CD318是内分泌细胞的标记。因此，靶向如CD142这样的标记可以富集PE细胞，这也被证明可以降低畸胎瘤形成的概率（从46%降低到0%）。GLUT2（葡萄糖转运蛋白2），与PDX-1（胰腺和十二指肠同源盒1）共表达，以及与PDX-1+细胞相关的CD24，也已被评估用于富集来自hPSCs的胰腺前体细胞。此外，在一项针对SOX17以分离hESC衍生内胚层细胞的研究中，已鉴定出表面标记CXCR4、CD49e、CD141和CD238。尽管CD133被报道为小鼠胰腺前体的标记，但它在人类中的表达可能比胰腺PDX-1阳性细胞更广泛。更成熟的内胚层细胞，如源自PSCs的肝细胞，也可以通过特定的膜标记（例如SLC10A1（溶质载体家族10成员1）、CLRN3（Clarin 3）或AADAC（芳基乙酰胺脱乙酰酶）），或ASGR1（即Asialoglycoprotein受体1）进行分离。通过一组膜标记，如CD9−/CD140a+/CD140b+/CD271+细胞，还可以分离出OSR（Odd-Skipped Related Transcription Factor）1+/SIX2（SIX同源框2）+肾脏前体细胞。类似地，通过选择性耗尽CD200+细胞可以选择性地分离角膜上皮细胞。 然而，仍然存在问题，即通过不同标记集识别的细胞群体是否是不同阶段的相同细胞，还是沿着相似发育轨迹的不同细胞。对于生产目的，需要对分离的群体进行全面表征，并证明其对目标应用具有一致的属性。 3.5.用于分离hPSC衍生细胞的非表面标记 除了表达在细胞膜上之外，特定于特定细胞的标记也可以用于分离这些细胞。例如，可以通过分子信标（MBs）检测活细胞中的mRNA，它们是带有荧光团的茎-环（发夹）寡核苷酸探针，另一端带有猝灭剂。针对Oct-4（八聚体结合转录因子4）或Sox2（性别决定区Y盒2）的MBs可以从分化细胞中分离未分化的PSCs；针对心肌细胞标记肌球蛋白重链β（MYH7）的MBs可以富集来自小鼠和人类胚胎干细胞的心肌细胞；针对NPPA（心钠素A型）mRNA的MB，已知与早期工作型心肌细胞相关，可以从心肌细胞分化培养中富集工作型心肌细胞。对于使用MBs进行细胞分离，精心设计并广泛验证针对所需基因的MB探针至关重要。 3.6.敲入报告细胞系 基因组编辑技术（例如CRISPR/Cas9（簇状规律间隔短回文重复/CRISPR相关蛋白9）、TALEN（转录激活因子样效应核酸酶）等）的应用使得构建新型细胞系成为可能，这些细胞系在特定标记表达时发出荧光或通过诱导抗生素抗性而具有特定表型，从而实现纯化。例如，CRISPR/Cas9编辑hiPSCs已实现双报告TBX5（T-Box转录因子5）Clover2和NKX2-5（NK2同源框5）TagRFP细胞的生成，用于纯化心脏细胞亚型，如来自第一心脏领域、心外膜、第二心脏领域和内皮细胞系的细胞。或者，NKX2-5eGFP/w和MLC（肌球蛋白调节轻链）2vmCherry/w报告细胞已被生成以分离心室样细胞。基因组编辑（TALEN）也被用来在肌球蛋白轻链2（MYL2）位点引入选择标记（新霉素）或GFP，用于识别和选择心室心肌细胞。同样，引入在心脏特异性α-肌球蛋白重链（即α-MHC，MYH6）启动子控制下的Zeocin抗性基因已被用于在心肌梗死小鼠模型中纯化iPSC衍生的心肌细胞（iPSC-CMs）。 类似的策略也被用于识别和选择肌源性衍生物。例如，CRISPR/Cas9介导的同源重组方法已被用于选择MYF5（肌源因子5）GFP肌肉前体。构建双报告PAX7（配对盒7）tdTomato和MYF5EGFP使得能够纯化肌肉干细胞（卫星细胞），而诱导PAX7表达系统促进了均匀的骨骼肌源性前体细胞群体的生成。报告细胞也已生成用于纯化神经衍生物。例如，引入驱动mCherry表达的人类囊泡GABA（γ-氨基丁酸）转运蛋白（hVGAT）启动子已实现GABA能神经元的分离，而中脑多巴胺能神经元可以使用酪氨酸羟化酶（TH）RFP构建进行选择。然而，鉴于hPSC衍生物的治疗应用，这些方法可能因基因组修改而增加肿瘤形成的风险。 4.hPSC衍生细胞下游生物加工的工作流程 hPSC衍生细胞生产的下游生物加工涉及多个步骤，这些步骤将累积减少每个步骤的产量（图1B显示了使用MACS耗竭的示例）。主要步骤包括：(1) 细胞收获：将细胞从大量培养容器的粘附表面分离；(2) 离心或浓缩和培养基交换：去除收获酶并洗涤细胞；(3) 保持：收集的细胞在缓冲液中保持，等待所有细胞被收获和离心；(4) 耗竭：去除不需要的杂质细胞；(5) 离心：去除耗竭缓冲液，并在冷冻保护缓冲液中重悬；(6) 细胞配方用于冷冻保存：将细胞转移到冷冻管中并准备冷冻保存。由于这些众多步骤，如果每个步骤的产量为90%（理想情况），最终产量将是50-60%，如果每个步骤的产量为80%（良好情况），最终产量将是30-35%。因此，由于下游加工，可能会损失超过一半的细胞，这通常发生在细胞扩增和分化数月后的一个工作日。 因此，了解每个步骤的操作参数绝对是必要的，以最小化细胞损失的同时保持功能活性细胞。 4.1.细胞收获 从大量容器中收获细胞的关键组成部分是收获酶和洗涤体积。酶的高浓度或不适当的解离溶液或持续时间可能会降低细胞活性和/或无法去除表面上的所有细胞。对于分化培养，胰蛋白酶一直是常用的酶，但其浓度和孵化时间需要针对特定细胞类型进行优化。使用作为高渗溶液配制的柠檬酸钠的新非酶传代方法已被用于分离hPSCs的多细胞聚集体。对于生物加工，希望减少收获体积，这需要在低体积和由于洗涤不足导致的细胞损失之间取得平衡。通过将温度从37°C改变到4°C，使用热响应水凝胶释放hPSCs的新进展已经实现。 4.2.离心 离心过程中的参数包括速度、时间、细胞悬浮液体积和细胞浓度。已经观察到不同细胞收集的沉降变化，这触发了多次离心。收获酶、淬灭缓冲液和等待时间都可能有助于沉降性能。对于大量容器，需要开发大规模离心过程（例如使用袋子）以减少离心步骤的时间。 4.3.保持缓冲液和保持温度 当容器数量高（>100 T- flasks）且处理时间长（长达6-8小时）时，保持过程变得重要。为了将所有细胞一起用于后续处理，首先收获的细胞必须在缓冲液中等待，直到收获步骤完成。因此，需要评估保持缓冲液和保持温度（37°C、25°C或4°C）以维持细胞活性。在制定保持缓冲液时，应考虑细胞聚集。尽管收获的细胞处于单细胞悬浮状态，但细胞可能在保持期间自组装成聚集体。聚集的程度取决于细胞类型、细胞浓度和保持时间。聚集体的形成将影响后续步骤中细胞标记和分离的效率，显著降低细胞产量。 4.4.耗竭缓冲液配方和体积 当细胞群体中有高比例的所需细胞时，耗竭被用来去除少量的杂质细胞。这个过程可以通过MACS针对不需要的细胞表面上的标记来完成。耗竭缓冲液的要求与保持缓冲液相似：维持细胞活性和防止细胞聚集。聚集的细胞不允许与抗体偶联珠均匀标记和容易的细胞-珠分离（图1C）。因此，需要仔细制定耗竭缓冲液。耗竭的细胞浓度和体积影响耗竭规模。首选高细胞浓度（>107细胞/mL）和低体积（<100 mL），同时需要最小化细胞损失。由于可以使用多个标记进行耗竭，因此可能需要重复此步骤以去除不同的细胞群体。 4.5.冷冻保存配方 冷冻保存缓冲液和体积是该步骤的重要参数。一般来说，冷冻保存缓冲液取决于感兴趣的分化细胞类型，冷冻保存的细胞浓度取决于预期的应用。对于移植研究，可能需要高浓度的细胞（每管107-108个细胞），以最小化解冻过程的时间和达到所需细胞剂量的管数。 5.hPSC衍生产品下游加工的挑战 5.1.hPSC衍生神经前体细胞下游加工的挑战 使用MACS已经实现了从PSCs衍生的神经元的大规模纯化，产量高达105-106个神经元（纯度超过90%）。然而，这些特定谱系的下游加工仍然存在特定挑战。在神经前体细胞的情况下，收获的细胞密度相对较低（约每平方厘米1×106个细胞），这可能需要从大量容器中收获细胞。如果能够达到更高的收获密度，那么为了获得所需数量的细胞（每次生产约109个细胞，下游加工体积为50-100 mL），所需的容器数量将显著减少。通过增加播种密度和/或增强细胞增殖来增加收获密度。然而，根据培养系统和细胞表型对密度变化的敏感性，播种密度可能会影响自分泌和旁分泌因子的分泌，这些因子已被证明影响hPSC的自我更新和分化。为了增强细胞增殖，可以考虑改变生长培养基（含有生长因子）和通常涂有层粘连蛋白、Matrigel和纤维连接蛋白等基质蛋白的基质。然而，对培养基和基质所做的任何改变都需要仔细比较。 5.2.hPSC衍生心肌细胞下游加工的挑战 对于心肌细胞来说，下游生物加工的负担比神经前体细胞更为严重。治疗应用所需的细胞数量对心肌细胞来说更高（每次生产约1010个细胞），比神经前体细胞（每次生产约109个）多。在心肌细胞的下游生物加工的所有步骤中，可能需要比神经前体细胞多10倍的浓缩细胞制备或多10倍的悬浮液体积。使用代谢选择方法已经实现了从人类PSCs衍生的心肌细胞的大规模纯化，纯度达到99%，产量高达2×109个功能细胞。心肌细胞也比神经前体细胞更容易形成聚集体，因此耗竭步骤的产量可能会降低。为了有效地用磁性珠标记细胞并分离不同的群体，心肌细胞需要在下游生物加工过程中保持为单细胞悬浮液。因此，需要制定保持缓冲液和耗竭缓冲液（例如抗聚集剂、生物聚合物）以防止细胞聚集（图1C）。鉴于治疗用途所需的数量，hPSC衍生心肌细胞的下游加工规模可能很大。因此，将需要扩大下游生物加工过程中不同步骤的规模（例如大规模离心）。或者，为收获hPSC衍生心肌细胞设计的自动化过程将是有益的。 6.结论和展望 在实现了hPSCs的高效分化后，下游生物加工已成为生产hPSC衍生细胞治疗产品的瓶颈。识别所需谱系的特定标记和去除未分化细胞的策略对于生产安全的细胞治疗至关重要。理想情况下，高细胞纯度，去除不需要的细胞类型将减少下游生物加工的负担。需要开发严格的质量控制系统和高灵敏度的检测方法，以确保细胞分离后产品的一致性。能够预测体内效应的体外检测是可取的，以减少临床前研究的数量。应用质量由设计（QbD）策略来理解过程和产品，更好地控制过程，以生产一致和安全细胞产品应该可能实现hPSCs的潜力。 为促进抗体行业的交流与创新，2024年10月16-17日第七届金秋十月抗体产业发展大会如约而至。会议旨在为研究人员提供一个互动交流的平台，有助于推动抗体产业的进一步发展。 会议内容 时间：2024年10月16-17日 地点：上海张江（酒店定向通知） 规模：600-800人 主办单位：生物制品圈、抗体圈 演讲支持：Entegris、瑞孚迪、AS ONE CORPORATION 会议费用：免费FREE!（仅收取100元报名定金，含参会学习、茶歇、会议手册，定金概不退还），先到先得，报完即止！ 报名方式：扫描下方二维码或点击文章最底部“阅读原文”→ 填写表格 → 报名成功（报名志愿者，承担一定工作，请慎重考虑，免交定金）！ 组委会获得报名信息后，根据报名信息进行初筛，并进一步与报名者沟通确认，实现精准邀请。最终有机会进入大会微信群（严格审核通过）。 日程安排 更多嘉宾正在邀请中 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。

摘要：随着人类多能干细胞（hPSCs）特定谱系分化技术的进步，下游细胞分离已成为生产hPSC衍生产品的关键步骤。由于分化过程通常导致异质细胞群的形成，需要进行细胞分离，以富集所需的细胞群或去除不需要的细胞群。本文总结了hPSC衍生细胞分离过程的最新进展，包括标准的分离技术，如磁激活细胞分选，以及基于粘附强度和代谢通量等新型分离策略。特别讨论了下游生物加工流程和不同细胞谱系表面标记的识别。尽管大规模hPSC衍生细胞的下游生物加工仍面临挑战，但应实施合理的质量设计方法，以增强对过程与产品之间关系的理解，并确保所产生细胞的安全性。 1.引言 人类多能干细胞（hPSCs）因其独特的自我更新能力和分化成几乎所有类型细胞的能力，为多种体细胞组织提供了替代细胞来源。hPSC衍生物已在几个I期临床试验中进行了测试，以评估它们作为治疗产品的潜在用途，并且还用于药物发现和疾病建模。最初，hPSC衍生细胞的开发和制造集中在优化分化效率上，即上游生物加工，从而改进了分化协议，允许以高效率和纯度生产特定谱系的细胞。例如，使用基于胚胎体（EB）的协议或通过双重抑制SMAD（小母体抗背足蛋白）信号的单层协议，可以从hPSCs中以70-90%的纯度生成少突胶质细胞前体（OPCs）和神经前体细胞（NPCs），以及使用生长因子或小分子引导的协议可以生产30-90%纯度的心肌细胞。这些高效分化协议的开发显示了上游生物加工在生产hPSC衍生细胞方面的巨大进展。然而，下游生物加工（即细胞分离），作为完成hPSC衍生产品的关键步骤和瓶颈，需要进一步研究。 由于当前从hPSCs分化的过程通常会产生包括残留未分化细胞在内的混合细胞类型，因此需要进行下游生物加工，以选择性纯化所需的细胞群或去除不需要的细胞群（图1A）。例如，最终的干细胞产品不含未分化细胞或不需要的谱系的前体细胞对于减少移植后畸胎瘤形成的风险至关重要。在这里，我们回顾了hPSC衍生物的新兴下游生物加工，包括hPSC扩增和分化后的细胞分离的最新进展。我们提供了识别新型谱系特异性表面标记的例子，这些标记可以用于分离hPSC衍生细胞。此外，我们还讨论了hPSC下游生物加工的方法和实际流程，以及生产神经和心脏细胞面临的特定挑战。 图1 hPSC衍生产品的下游生物加工。(A) 富集和耗竭策略以分离hPSC衍生细胞。(i) 富集：收集所需细胞（适用于低分化效率）。(ii) 耗竭：去除不需要的细胞（适用于高分化效率）。(B) 下游处理的主要步骤。(1) 细胞收获；(2) 离心以去除收获酶；(3) 保持等待所有细胞被收获；(4) 耗竭以去除不需要的细胞；(5) 离心以去除耗竭缓冲液；以及 (6) 填充和完成将细胞转移到冷冻保护缓冲液中进行冷冻保存。如果每个步骤在理想情况下的产量为90%，则这些步骤后的总产量预计为59%。(C) 聚集对大规模细胞标记的影响。(i) 单细胞悬浮液允许用磁性珠进行细胞标记。(ii) 如果发生聚集，目标细胞无法均匀标记，聚集体中未标记的细胞被去除，从而降低了产量。(iii) 具有高聚集倾向的细胞保持在配制的缓冲液中作为单细胞悬浮液，以提高处理效率。本图包含了Servier Medical Art (smart.servier.com)的图像。 2.纯化hPSC衍生产品的技术 在分化过程中，hPSCs及其衍生物在细胞密度、表面标记的表达、代谢需求和粘附强度方面具有阶段特异性。基于这些和其他特征，已经评估了不同类型的干细胞衍生细胞的分离过程，包括基于密度的分离和荧光激活细胞分选（FACS）以及基于特定表面标记的磁激活细胞分选（MACS）等标准分离技术。随着对hPSC属性的更好理解，也开发了基于差异粘附到培养容器的细胞分离和基于不同代谢活性的选择性去除细胞等新型分离策略。 2.1.基于密度的分离 在分化培养中可能会产生具有不同细胞密度的混合细胞类型，可以根据它们的密度进行分离。一个例子是使用Percoll梯度离心来富集hPSC衍生的心肌细胞。从分化培养中收获的细胞被加载到Percoll的两层上，然后进行离心。大多数心肌细胞将出现在Percoll的下层，而非心肌细胞将在其他分数中。从含有大约50%心肌细胞的起始分化培养中可以获得高达95%纯度的心肌细胞。然而，这种方法分辨率低，不适合大规模分离。 2.2.基于细胞生物物理特性的分离 在未分化的hPSCs、部分重编程细胞、体细胞和hPSC衍生的分化细胞之间观察到显著的生物物理特性差异。例如，粘附特性、质膜刚度和光学特性在hPSCs的不同发育阶段表现出不同。这些特性的变化可以作为选择特定承诺群体的目标。 hPSC衍生的心肌细胞显示出来自肌球蛋白杆状体的特定二次谐波信号，这使得它们能够从异质的分化细胞群体中分离出来。或者，从重新培养的分化hESC聚集体中衍生的神经嵴细胞会自发地从主要细胞团中分离出来，这使得它们可以通过形状选择和手动挑选进行隔离。 另一方面，从小鼠诱导多能干细胞（miPSCs）衍生的扩增色素细胞被证明比非色素细胞更具粘附性。这种特性使得它们可以通过调节暴露时间和酶解离的类型来进行纯化：非色素菌落可以通过5分钟的Accutase处理和吹打来回收，而剩余的粘附色素细胞可以用胰蛋白酶二次回收。类似地，在细胞解离前用ROCK（Rho相关蛋白激酶）抑制剂（Y-27632）进行介质补充，可以去除粘附性较低的细胞，从而富集内皮祖细胞。此外，发现退出多能性会增加细胞膜刚度。这些膜流动性和脂质组成的改变可以与分化阶段联系起来。基于这一原理，可以根据膜流动性条件下它们的粘附特性进行细胞分离，以选择各种分化细胞。 人类诱导多能干细胞（hiPSC）菌落可以在4分钟内通过85-125 dynes/cm2的剪切应力在流体流动应用下脱落，而分化细胞由于粘附强度更高而保持附着。这种方法可以从异质重编程培养物和分化的后代中分离出完全重编程的iPSC菌落，纯度超过95%。然而，这种方法尚未评估用于特定谱系分化的细胞。 由于细胞/粘附表面相互作用在分化过程中受到调节，这导致了新型生物材料的开发，用于特定分化表型的细胞隔离。在未分化阶段，iPSC菌落可以从热敏聚合物（PNIPAAm（聚（N-异丙基丙烯酰胺）））在低温（即22°C）下选择性脱落，而承诺的细胞仍然附着在表面。这种方法可以实现未分化干细胞群体的非侵入性富集。类似地，hiPSCs承诺用于心脏谱系，种植在与层粘连蛋白-521涂层的聚（N-异丙基丙烯酰胺）上，其临界溶液温度在8°C，促进心肌细胞的特定脱落。 此外，研究发现，通过高速激光照射光响应聚合物的特定区域（即聚[（甲基丙烯酸甲酯）-共（分散黄7丙烯酸酯）]层）可以消除承诺的细胞。或者，不同亚型的层粘连蛋白促进各种分化细胞类型的不同粘附强度。例如，LN211/332/511E8促进非上皮细胞的粘附，而LN332/511E8则有利于上皮细胞的附着和增殖。细胞与不同层粘连蛋白亚型结合的特异性使角膜上皮细胞能够从异质分化的细胞中纯化。 2.3.基于代谢活性的选择性细胞去除 基于心肌细胞和非心肌细胞在葡萄糖和乳酸代谢上的显著生化差异，可以从hPSC分化培养中获得高纯度（高达99%）的心肌细胞。未分化的hPSCs和主要依赖糖酵解的非心脏细胞在葡萄糖耗尽和乳酸丰富的条件下无法生存，而心肌细胞可以通过使用乳酸作为替代能源而存活。因此，在补充乳酸的葡萄糖耗尽培养基中，心肌细胞更倾向于存活并因此被富集。同样，使用葡萄糖耗尽并补充脂肪酸和3,3′,5-三碘-L-甲状腺素（即促进脂肪酸氧化和线粒体生物发生的分子）的培养基，已报道了心肌细胞的选择和成熟。视网膜上皮细胞（RPE）被发现表达高水平的脂蛋白受体内化AcLDL（乙酰化低密度脂蛋白）。基于这一原理，使用Dil偶联的AcLDL对分化的RPE群体进行特异性标记和富集。另一个例子是靛青绿（ICG）被肝细胞特异性内化。通过修改ICG的荧光发射特性，设计了一种肝细胞纯化剂（HPA，λem = 562 nm），用于标记和体外分选来自hPSCs的纯化肝细胞。 2.4.负选择 与正细胞选择相反，其他方法已经开发出来，通过特异性诱导不需要的细胞类型的凋亡来去除它们，从而提高所需表型的回收率。例如，将PSCs转染与合成微小RNA（miRNA）开关（即在没有目标miRNA的情况下减少相关蛋白的翻译水平），miR-Bim（Bcl-2相互作用的细胞死亡介质）开关，诱导未分化细胞的选择性凋亡，同时保持分化的心肌细胞。或者，凝集素rBC2LCN-PE23被发现能够特异性结合并内化到未分化的干细胞，并诱导它们的凋亡。这种化合物被发现可以有效地降低畸胎瘤形成的风险。 2.5.通过FACS分离 FACS设备可以检测用荧光素偶联抗体标记的细胞的荧光信号。基于标记特征和目标标记（通常是表面抗原），FACS允许将单个细胞根据多个表面标记进行高选择性地排序和分离成不同群体（例如SSEA（阶段特异性胚胎抗原）-4阳性或SSEA-4阴性）。FACS的一个优点是它允许基于多个表面标记进行连续和多参数分离，尽管细胞活性可能会受到排序程序的影响。然而，FACS的通量有限，每秒可排序5×103到7×104个细胞。因此，FACS更适合研究用途的小规模细胞分离。 2.6.通过MACS分离 MACS是一种类似于FACS的技术，但使用带有针对特定细胞表面抗原的抗体的磁性颗粒。在磁场中，磁性标记的细胞将在柱中保留，未标记的细胞将流出。例如，通过针对心肌细胞相关表面标记VCAM1（血管细胞粘附分子1）的MACS，从hPSC分化培养中富集心肌细胞至95%。然而，尽管MACS是一种吸引人的方法，可以从细胞混合物中选择性地去除不需要的细胞，但它也有其局限性。例如，一项建模研究表明，为了从分化和未分化细胞的池中清除SSEA-1阳性的未分化干细胞，需要不切实际数量的重复MACS。然而，磁性珠的亲和力也可以通过新型表面修饰来提高，以提高排序效率。MACS的一个优点是，由于成本较低和商业化的自动化、封闭系统的可用性，它比FACS更适合大规模处理。MACS珠的替代品，SpheriTECH，通过简单的亲和结合在大珠上排序细胞，无需纯化标签，就能纯化来自hiPSCs的光感受器前体细胞。 2.7.使用微流控技术分离 微流控技术最近被证明是hPSC培养、表征和筛选的高效工具。微流控技术也可用于异质分化细胞群体的分离。例如，已制造微流控滚动柱用于选择性分离SSEA-1阳性细胞。滚动柱芯片的边界涂有抗体，降低了SSEA-1阳性细胞的滚动速度，而承诺的细胞则流出通道。因此，SSEA-1阳性细胞在通道内停留的时间更长，从而可以从分化细胞中分离出来。通过在微流控芯片底部覆盖有抗Tra（肿瘤相关抗原）-1-60抗体的脊状图案，也进行了类似的操作，从hiPSCs衍生的心肌细胞中消除未分化细胞。 3.表面标记识别用于分离hPSC衍生细胞 由于FACS和MACS依赖于表面标记的检测，因此识别不同谱系在hPSC分化过程中不同阶段的特异性表面标记非常重要。我们讨论了关于未分化细胞和三个胚层衍生物（包括神经细胞、心肌细胞和胰腺前体）表面标记的研究示例（表1）。 3.1.未分化细胞的表面标记 表面标记如Tra-1-60、Tra-1-81和SSEA-4已被用于识别和去除未分化的hPSCs（小鼠胚胎干细胞，mESCs使用SSEA-1）。例如，FACS和MACS可以从其他细胞中分离出SSEA-4和Tra-1-81标记的hESCs（人类胚胎干细胞），针对SSEA-5、CD（分化群）9和CD90的FACS，这些是多能干细胞的标记，可以从未完全分化的hESC培养物中去除具有畸胎瘤形成潜力的细胞。波达卡林样蛋白-1也在未分化细胞中高度表达，识别波达卡林样蛋白-1的细胞毒性抗体已被用于选择性杀死未分化的hESCs。此外，表面蛋白的特定糖基化可以区分多能细胞和非多能细胞；因此，具有独特结合能力的凝集素已被用于去除hPSCs。 需要注意的是，畸胎瘤也可能起源于仍具有干细胞特征且未完全分化的前体细胞；因此，这些前体细胞也需要从干细胞衍生产品中去除。无论如何，对于安全的细胞治疗来说，确定去除标准和检测未分化干细胞或前体的检测方法的灵敏度至关重要。 3.2.神经分化的表面标记 当前的hPSCs神经分化方法在发育阶段和谱系规范方面导致细胞异质性。CD133、A2B5、CD29、CD146、NCAM（神经细胞黏附分子）（或CD56）和CD271被报道为神经前体细胞（NPCs）的表面标记，CD24和NCAM是神经元的表面标记。通过FACS靶向CD24或NCAM可以分离分化的神经元。NPCs、神经元和胶质细胞的分离也可以通过标记组合实现（例如CD184+/CD271−/CD44−/CD24+用于NPCs；CD271−/CD133+用于神经元），不同的组合可以用来描绘NPCs：CD184+/CD326−、CD133+/CD45−/CD34−，CD133、CD15和GCTM-2的表达，以及CD24、CD15和CD29的表达。最近，使用CORIN（一种地板板标记）来分离人类iPSC衍生的多巴胺能前体。使用LMX1AEGFP（LIM同源框转录因子1-A）报告细胞系，已鉴定出可以从hESCs衍生的多巴胺能神经元中选择性富集的新膜标记，如多唾液酸化的胚胎形式的神经细胞黏附分子（PSA-NCAM）和接触蛋白2（CNTN2）。其他研究已经鉴定出新的表面标记，用于正向富集中脑多巴胺能神经元，如LRTM1（富含亮氨酸重复和跨膜域1）、CORIN和CD166，或在LMX1+ FOXA2（叉头框A2）+细胞分选后去除不需要的细胞（CXCR4，C-X-C基序趋化因子受体4）的标记。 报道的少突胶质细胞前体的表面标记包括NG2（神经/胶质抗原2）、PDGFRα（血小板衍生生长因子受体α）和DLX2（远端缺乏同源框2）或PDGFRα/CD140。然而，由于细胞表型的异质性很大，因此很难仅基于单一标记分离少突胶质细胞。 3.3.心肌细胞分化的表面标记 已经鉴定了心脏前体细胞和成熟心肌细胞的标记。KDR（激酶插入域受体）low/C-KITneg心脏前体细胞表达高水平的心脏转录因子，并且在进一步分化后可以产生>50%的心肌细胞。同样，KDR+/PDGFRα+心脏前体细胞可以分化成>80%的心肌细胞。此外，也已经鉴定出心肌细胞特异性表面标记，包括信号调节蛋白α（SIRPA）、VCAM1和活化的白细胞细胞粘附分子（ALCAM）。从起始培养物中基于SIRPA的选择，这些培养物约有40-50%的心肌肌钙蛋白T阳性（cTnT+），90-98%的细胞对cTnT+呈阳性。通过MACS基于VCAM1的选择可以富集cTnT+细胞高达95%。与这些正向选择方法相比，对于心肌细胞分化效率高（80-90%）的培养物，可能考虑去除不需要的细胞群体。同样，可以使用VCAM1偶联的磁性Dyna珠子或整合素（α1、α5和α6）和N-钙粘蛋白纯化心肌细胞至90%以上纯度。 3.4.内胚层、肝脏、肾脏和胰腺细胞分化的表面标记 hPSC衍生的胰腺细胞是异质性的。CD142被鉴定为胰腺内胚层（PE）细胞的标记，这些细胞能够产生具有葡萄糖反应性的胰岛素分泌细胞，而CD200和CD318是内分泌细胞的标记。因此，靶向如CD142这样的标记可以富集PE细胞，这也被证明可以降低畸胎瘤形成的概率（从46%降低到0%）。GLUT2（葡萄糖转运蛋白2），与PDX-1（胰腺和十二指肠同源盒1）共表达，以及与PDX-1+细胞相关的CD24，也已被评估用于富集来自hPSCs的胰腺前体细胞。此外，在一项针对SOX17以分离hESC衍生内胚层细胞的研究中，已鉴定出表面标记CXCR4、CD49e、CD141和CD238。尽管CD133被报道为小鼠胰腺前体的标记，但它在人类中的表达可能比胰腺PDX-1阳性细胞更广泛。更成熟的内胚层细胞，如源自PSCs的肝细胞，也可以通过特定的膜标记（例如SLC10A1（溶质载体家族10成员1）、CLRN3（Clarin 3）或AADAC（芳基乙酰胺脱乙酰酶）），或ASGR1（即Asialoglycoprotein受体1）进行分离。通过一组膜标记，如CD9−/CD140a+/CD140b+/CD271+细胞，还可以分离出OSR（Odd-Skipped Related Transcription Factor）1+/SIX2（SIX同源框2）+肾脏前体细胞。类似地，通过选择性耗尽CD200+细胞可以选择性地分离角膜上皮细胞。 然而，仍然存在问题，即通过不同标记集识别的细胞群体是否是不同阶段的相同细胞，还是沿着相似发育轨迹的不同细胞。对于生产目的，需要对分离的群体进行全面表征，并证明其对目标应用具有一致的属性。 3.5.用于分离hPSC衍生细胞的非表面标记 除了表达在细胞膜上之外，特定于特定细胞的标记也可以用于分离这些细胞。例如，可以通过分子信标（MBs）检测活细胞中的mRNA，它们是带有荧光团的茎-环（发夹）寡核苷酸探针，另一端带有猝灭剂。针对Oct-4（八聚体结合转录因子4）或Sox2（性别决定区Y盒2）的MBs可以从分化细胞中分离未分化的PSCs；针对心肌细胞标记肌球蛋白重链β（MYH7）的MBs可以富集来自小鼠和人类胚胎干细胞的心肌细胞；针对NPPA（心钠素A型）mRNA的MB，已知与早期工作型心肌细胞相关，可以从心肌细胞分化培养中富集工作型心肌细胞。对于使用MBs进行细胞分离，精心设计并广泛验证针对所需基因的MB探针至关重要。 3.6.敲入报告细胞系 基因组编辑技术（例如CRISPR/Cas9（簇状规律间隔短回文重复/CRISPR相关蛋白9）、TALEN（转录激活因子样效应核酸酶）等）的应用使得构建新型细胞系成为可能，这些细胞系在特定标记表达时发出荧光或通过诱导抗生素抗性而具有特定表型，从而实现纯化。例如，CRISPR/Cas9编辑hiPSCs已实现双报告TBX5（T-Box转录因子5）Clover2和NKX2-5（NK2同源框5）TagRFP细胞的生成，用于纯化心脏细胞亚型，如来自第一心脏领域、心外膜、第二心脏领域和内皮细胞系的细胞。或者，NKX2-5eGFP/w和MLC（肌球蛋白调节轻链）2vmCherry/w报告细胞已被生成以分离心室样细胞。基因组编辑（TALEN）也被用来在肌球蛋白轻链2（MYL2）位点引入选择标记（新霉素）或GFP，用于识别和选择心室心肌细胞。同样，引入在心脏特异性α-肌球蛋白重链（即α-MHC，MYH6）启动子控制下的Zeocin抗性基因已被用于在心肌梗死小鼠模型中纯化iPSC衍生的心肌细胞（iPSC-CMs）。 类似的策略也被用于识别和选择肌源性衍生物。例如，CRISPR/Cas9介导的同源重组方法已被用于选择MYF5（肌源因子5）GFP肌肉前体。构建双报告PAX7（配对盒7）tdTomato和MYF5EGFP使得能够纯化肌肉干细胞（卫星细胞），而诱导PAX7表达系统促进了均匀的骨骼肌源性前体细胞群体的生成。报告细胞也已生成用于纯化神经衍生物。例如，引入驱动mCherry表达的人类囊泡GABA（γ-氨基丁酸）转运蛋白（hVGAT）启动子已实现GABA能神经元的分离，而中脑多巴胺能神经元可以使用酪氨酸羟化酶（TH）RFP构建进行选择。然而，鉴于hPSC衍生物的治疗应用，这些方法可能因基因组修改而增加肿瘤形成的风险。 4.hPSC衍生细胞下游生物加工的工作流程 hPSC衍生细胞生产的下游生物加工涉及多个步骤，这些步骤将累积减少每个步骤的产量（图1B显示了使用MACS耗竭的示例）。主要步骤包括：(1) 细胞收获：将细胞从大量培养容器的粘附表面分离；(2) 离心或浓缩和培养基交换：去除收获酶并洗涤细胞；(3) 保持：收集的细胞在缓冲液中保持，等待所有细胞被收获和离心；(4) 耗竭：去除不需要的杂质细胞；(5) 离心：去除耗竭缓冲液，并在冷冻保护缓冲液中重悬；(6) 细胞配方用于冷冻保存：将细胞转移到冷冻管中并准备冷冻保存。由于这些众多步骤，如果每个步骤的产量为90%（理想情况），最终产量将是50-60%，如果每个步骤的产量为80%（良好情况），最终产量将是30-35%。因此，由于下游加工，可能会损失超过一半的细胞，这通常发生在细胞扩增和分化数月后的一个工作日。 因此，了解每个步骤的操作参数绝对是必要的，以最小化细胞损失的同时保持功能活性细胞。 4.1.细胞收获 从大量容器中收获细胞的关键组成部分是收获酶和洗涤体积。酶的高浓度或不适当的解离溶液或持续时间可能会降低细胞活性和/或无法去除表面上的所有细胞。对于分化培养，胰蛋白酶一直是常用的酶，但其浓度和孵化时间需要针对特定细胞类型进行优化。使用作为高渗溶液配制的柠檬酸钠的新非酶传代方法已被用于分离hPSCs的多细胞聚集体。对于生物加工，希望减少收获体积，这需要在低体积和由于洗涤不足导致的细胞损失之间取得平衡。通过将温度从37°C改变到4°C，使用热响应水凝胶释放hPSCs的新进展已经实现。 4.2.离心 离心过程中的参数包括速度、时间、细胞悬浮液体积和细胞浓度。已经观察到不同细胞收集的沉降变化，这触发了多次离心。收获酶、淬灭缓冲液和等待时间都可能有助于沉降性能。对于大量容器，需要开发大规模离心过程（例如使用袋子）以减少离心步骤的时间。 4.3.保持缓冲液和保持温度 当容器数量高（>100 T- flasks）且处理时间长（长达6-8小时）时，保持过程变得重要。为了将所有细胞一起用于后续处理，首先收获的细胞必须在缓冲液中等待，直到收获步骤完成。因此，需要评估保持缓冲液和保持温度（37°C、25°C或4°C）以维持细胞活性。在制定保持缓冲液时，应考虑细胞聚集。尽管收获的细胞处于单细胞悬浮状态，但细胞可能在保持期间自组装成聚集体。聚集的程度取决于细胞类型、细胞浓度和保持时间。聚集体的形成将影响后续步骤中细胞标记和分离的效率，显著降低细胞产量。 4.4.耗竭缓冲液配方和体积 当细胞群体中有高比例的所需细胞时，耗竭被用来去除少量的杂质细胞。这个过程可以通过MACS针对不需要的细胞表面上的标记来完成。耗竭缓冲液的要求与保持缓冲液相似：维持细胞活性和防止细胞聚集。聚集的细胞不允许与抗体偶联珠均匀标记和容易的细胞-珠分离（图1C）。因此，需要仔细制定耗竭缓冲液。耗竭的细胞浓度和体积影响耗竭规模。首选高细胞浓度（>107细胞/mL）和低体积（<100 mL），同时需要最小化细胞损失。由于可以使用多个标记进行耗竭，因此可能需要重复此步骤以去除不同的细胞群体。 4.5.冷冻保存配方 冷冻保存缓冲液和体积是该步骤的重要参数。一般来说，冷冻保存缓冲液取决于感兴趣的分化细胞类型，冷冻保存的细胞浓度取决于预期的应用。对于移植研究，可能需要高浓度的细胞（每管107-108个细胞），以最小化解冻过程的时间和达到所需细胞剂量的管数。 5.hPSC衍生产品下游加工的挑战 5.1.hPSC衍生神经前体细胞下游加工的挑战 使用MACS已经实现了从PSCs衍生的神经元的大规模纯化，产量高达105-106个神经元（纯度超过90%）。然而，这些特定谱系的下游加工仍然存在特定挑战。在神经前体细胞的情况下，收获的细胞密度相对较低（约每平方厘米1×106个细胞），这可能需要从大量容器中收获细胞。如果能够达到更高的收获密度，那么为了获得所需数量的细胞（每次生产约109个细胞，下游加工体积为50-100 mL），所需的容器数量将显著减少。通过增加播种密度和/或增强细胞增殖来增加收获密度。然而，根据培养系统和细胞表型对密度变化的敏感性，播种密度可能会影响自分泌和旁分泌因子的分泌，这些因子已被证明影响hPSC的自我更新和分化。为了增强细胞增殖，可以考虑改变生长培养基（含有生长因子）和通常涂有层粘连蛋白、Matrigel和纤维连接蛋白等基质蛋白的基质。然而，对培养基和基质所做的任何改变都需要仔细比较。 5.2.hPSC衍生心肌细胞下游加工的挑战 对于心肌细胞来说，下游生物加工的负担比神经前体细胞更为严重。治疗应用所需的细胞数量对心肌细胞来说更高（每次生产约1010个细胞），比神经前体细胞（每次生产约109个）多。在心肌细胞的下游生物加工的所有步骤中，可能需要比神经前体细胞多10倍的浓缩细胞制备或多10倍的悬浮液体积。使用代谢选择方法已经实现了从人类PSCs衍生的心肌细胞的大规模纯化，纯度达到99%，产量高达2×109个功能细胞。心肌细胞也比神经前体细胞更容易形成聚集体，因此耗竭步骤的产量可能会降低。为了有效地用磁性珠标记细胞并分离不同的群体，心肌细胞需要在下游生物加工过程中保持为单细胞悬浮液。因此，需要制定保持缓冲液和耗竭缓冲液（例如抗聚集剂、生物聚合物）以防止细胞聚集（图1C）。鉴于治疗用途所需的数量，hPSC衍生心肌细胞的下游加工规模可能很大。因此，将需要扩大下游生物加工过程中不同步骤的规模（例如大规模离心）。或者，为收获hPSC衍生心肌细胞设计的自动化过程将是有益的。 6.结论和展望 在实现了hPSCs的高效分化后，下游生物加工已成为生产hPSC衍生细胞治疗产品的瓶颈。识别所需谱系的特定标记和去除未分化细胞的策略对于生产安全的细胞治疗至关重要。理想情况下，高细胞纯度，去除不需要的细胞类型将减少下游生物加工的负担。需要开发严格的质量控制系统和高灵敏度的检测方法，以确保细胞分离后产品的一致性。能够预测体内效应的体外检测是可取的，以减少临床前研究的数量。应用质量由设计（QbD）策略来理解过程和产品，更好地控制过程，以生产一致和安全细胞产品应该可能实现hPSCs的潜力。 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 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降低PD-L1表达被认为是调节PD-1/PD-L1通路的一种有效的策略，引起了持续的研究兴趣。本文将重点分析能够降低PD-L1表达的分子，并根据是否直接与PD-L1结合将其分为降解剂和下调剂。此外，它还深入探讨了 PD-L1 降解剂以及基于 PD-L1 的联合疗法和多靶点药物开发的合理设计策略和挑战。1. 背景介绍近几十年来，免疫疗法的发展引发了癌症治疗的新革命，其中包括利用免疫系统识别和攻击癌细胞的免疫检查点抑制剂（ICIs）和过继细胞移植（ACT）。细胞死亡蛋白-1（PD-1）/程序性细胞死亡配体1（PD-L1）疗法作为最具代表性的ICIs之一脱颖而出，自1992年发现以来得到了迅速发展（图1）。PD-1、也称为 CD279，是一种 I 型跨膜蛋白，主要表达于各种免疫细胞，包括 B 细胞、T 细胞、自然杀伤细胞(NK)、树突状细胞 (DC) 和肿瘤浸润淋巴细胞 (TIL)。（CD274或B7−H1）是另一种I型跨膜蛋白，作为PD-1的结合配体，主要表达于肿瘤细胞（如肺、肝、结肠、卵巢癌、乳腺癌、食管癌、黑色素瘤等）、B细胞、T细胞、DC、肥大细胞、巨噬细胞和非造血健康组织细胞。在肿瘤微环境中，PD-1与PD-L1相互作用导致PD-L1下调T 细胞功能和抗肿瘤免疫抑制；最终，肿瘤细胞实现免疫逃逸，避免被T细胞杀死。阻断 PD-1/PD-L1 的相互作用将诱导肿瘤中新鲜且未耗尽的替代 T 细胞的富集，从而改善抗肿瘤免疫反应（图 2），成为一种有前途的肿瘤治疗策略。图1. 靶向PD-1/PDL1研发关键进展时间表图2. 肿瘤免疫阻断疗法机制简图迄今为止，多种针对PD-1/PD-L1相互作用的单克隆抗体药物（例如pembrolizumab、dostarlimab、nivolumab、durvalumab、atezolizumab、avelumab等）已被批准用于治疗全谱系肿瘤，并表现出显著的临床疗效。然而，抗体药物的某些固有缺陷，如免疫相关不良事件、药代动力学（PK）特性差、肿瘤组织渗透性差、生产成本高等阻碍了其更广泛的临床应用。针对PD-1/PD-L1的小分子抑制剂自从百时美施贵宝（BMS）公司公开了联芳甲基芳基醚支架作为小分子PD-1/PD-L1抑制剂以来，这种相互作用有望克服抗体药物的上述缺点，并得到了广泛的探索（图3）。2015年共晶结构分析表明小分子PD-1/PD-L1抑制剂不与PD-1结合，而是与PD-L1胞外结构域结合，诱导PD-L1二聚化，形成PD-L1复合物二聚体/抑制剂来阻碍PD-1和PD-L1之间的相互作用。与抗体药物不同，迄今为止还没有小分子PD-1/PD-L1抑制剂上市。迫切需要更多的临床前和临床研究来推进小分子PD-1/PD-L1抑制剂的开发。此外，目前的小分子PD-1/PD-L1抑制剂基于联苯核心支架，普遍表现出较低的口服生物利用度，可能与这些分子的高疏水性有关。同时，PD-1/PD-L1蛋白-蛋白相互作用的平坦、疏水性和延伸的结合界面也增加了开发小分子抑制剂的难度。而且PD-L1的胞质区域参与促进肿瘤细胞增殖的细胞内信号传导，这表明仅通过抑制剂调节PD-1/PD-L1相互作用可能不足以达到预期的抗肿瘤功效。因此，许多研究小组已经试图寻找干扰 PD-1/PD-L1 轴的替代策略，其中减少 PD-L1 表达的降解剂和下调剂引起了持续的研究兴趣，因为它们是“事件驱动的”（例如降解剂），因此可以克服传统抑制剂“占据驱动”的缺点（高剂量、非催化作用、毒性、耐药性等）。在此，我们重点关注PD-L1降解剂和下调剂的药物化学视角，旨在为针对 PD-1/PDL1 轴的药物开发提供鼓舞人心的见解。图3. 代表性的PD-1/PDL1阻断小分子抑制剂2 与 PD-L1 结合的降解剂2.1.通过泛素-蛋白酶体系统降解PD-L1的药物。PD-L1 降解剂最初与 PD-L1 结合，随后通过泛素蛋白酶体系统或溶酶体途径诱导 PD-L1 降解。通过泛素-蛋白酶体系统降解 PD-L1的药物。蛋白水解靶向嵌合体 (PROTAC) 已成为药物发现中的一种新型治疗策略，它通过劫持活细胞中的泛素蛋白酶体系统来诱导致病性靶蛋白的降解。PROTAC 是由三个部分组成的异双功能分子：结合蛋白质的配体感兴趣的，另一个招募E3泛素连接酶的配体，以及连接两个配体的连接子。最近，开发了基于PROTAC的PD-L1降解剂配体和E3 连接酶配体（CRBN、VHL、cIAP 和 MDM2）的四个系列。其中，将 BMS-37 与沙利度胺（CRBN 配体）偶联的化合物 BMS-37-C3（14，图 4）被认为是最有效的 PROTAC 分子，对 PD-L1 表现出显著的降解活性在B16-F10和A375细胞中。此外，在T细胞和A375细胞共培养模型中，BMS-37-C3增强了T细胞对A375细胞的杀伤能力。一般认为，基于CRBN的PROTAC主要降解细胞内蛋白质，因为CRBN存在于细胞质中；因此，BMS-37-C3 诱导细胞表面 PD-L1 降解的确切机制仍有待阐明。图4. BMS-37-C3化学结构和设计策略另一方面，基于抗体的PROTACs（AbTACs）通过招募膜结合E3连接酶RNF43成功地通过溶酶体途径实现了细胞表面PD-L1的降解，表明利用膜结合E3连接酶设计PROTACs可能是一种有效的策略用于降解细胞表面的 PD-L1。在发现BMS-37-C3之前，有报道一种新的PROTAC分子（21a，15），也基于BMS-37和沙利度胺的结构（图5），有效地诱导PD-L1在多个肿瘤细胞中降解。此外，静脉注射化合物21a对皮下接种MC-38细胞的C57BL/6小鼠具有抗肿瘤作用。随后对肿瘤组织的免疫组化分析表明，21a诱导PD-L1降解，改善CD8+ T细胞对肿瘤组织的侵袭。图5. PROTAC化合物21a的化学结构和设计策略此外，还有基于碳点 (CD，carbon-dot，新型的零维荧光纳米材料，尺寸通常小于10 nm，其核含有sp2杂化的碳原子，表面可能有氨基、醚基、羰基、羟基和羧基等官能团。它具有生物相容性好、荧光量子产率高、化学稳定性高、极少光漂白和眨眼现象等特性) 的PROTAC (CDTAC（carbon-dot (CD)-based PROTACs），18)，可通过泛素蛋白酶体系统降解膜蛋白。与传统的基于小分子的PROTAC相比，CDTAC是基于纳米材料的降解剂，可以通过内吞作用被肿瘤细胞摄取。PD-L1 靶向 CDTAC 是通过将BMS-1166（一种 PD-L1 配体）和沙利度胺与 CD 上的氨基结合而获得的（图 6），在B16-F10 和 CT26 细胞内体外和体内有效诱导PDL1 降解。CDTAC通过内吞作用转运至溶酶体，然后释放至细胞质。在细胞质内，CDTAC 通过泛素-蛋白酶体系统有效诱导 PD-L1 降解。此外，CDTACs可以激活干扰素基因刺激剂（STING）通路，从而促进树突状细胞（DC）的生长成熟和 T 细胞启动。图6. 靶向PD-L1 降解CDTACs设计策略和合成路线BMS-1166（图 3）是一种直接与 PD-L1 结合的 PD-1/PD-L1 抑制剂。BMS-1166影响PD-L1糖基化并抑制PD-L1从内质网（ER）转运至高尔基体，导致泛素化和蛋白酶体降解PD-L1。这些结果表明，BMS-1166 与 PD-L1 的结合可能会破坏 PDL1 的翻译后加工，激发研究人员探索其他 PD-1/PDL1 抑制剂是否具有通过类似或不同机制降解 PD-L1 的能力。2.2.通过溶酶体途径降解PD-L1的药物。多种化合物对PD-1/PD-L1的相互作用表现出显著的抑制活性，其中只有化合物P22（21，图7）将BMS-1198与泊马来酰胺结合，弱诱导PD-L1降解，而BMS-1198和泊马来酰胺不影响PD-L1的水平。用MG132（蛋白酶体抑制剂）和Bafilomycin（溶酶体抑制剂）处理表明，P22通过溶酶体依赖途径诱导PD-L1的降解是通过溶酶体依赖的途径，这与依赖于泛素-蛋白酶体系统的典型CRBN-based PROTAC分子不同。此外，在Hep3B/OS-8/hPD-L1和CD3+ T细胞共培养模型中，P22剂量依赖性地促进了IFN-γ的分泌。图7. PD-L1 降解PROTAC化合物P22的设计策略和合成路线综上所述，需要进一步研究经典PROTACs诱导PD-L1降解的机制。此外，在上述研究中，除AbTACs和CDTACs外，还需要高剂量的化合物（>2.5 μM）来观察PD-L1的大量降解。因此，必须开发出更有效的能够诱导PD-L1降解的PROTACs。利用膜结合的E3连接酶设计PROTACs，如AbTACs，可能是通过溶酶体途径降解细胞表面PD-L1的有效策略。此外，代谢稳定性影响靶向PD-L1的小分子抑制剂和PROTACs的发展；因此，它也可能是这些杂交化合物（即PD-L1 PROTACs）的严重障碍。更重要的是，细胞外的PD-L1，如存在于外泌体中或作为自由溶性蛋白的PDL1，也在抑制抗肿瘤免疫反应中发挥重要作用，而目前的PROTACs不能靶向细胞外蛋白。与典型的 PROTAC 不同，溶酶体靶向嵌合体 (LYTAC) 最初由 Bertozzi 及其同事开发，用于通过溶酶体途径降解细胞外和膜相关蛋白。LYTAC也是由三个部分组成的异双功能分子：结合感兴趣蛋白质的小分子或抗体，结合细胞表面溶酶体靶向的另一种配体受体（LTR）和连接两个配体的接头。为了响应 LYTAC，目标蛋白与 LYTAC 和LTR 形成三元复合物，随后经历内吞作用和溶酶体降解（图 8）。基于上述原理和机制，PD-L1抗体与阳离子非依赖性甘露糖6-磷酸受体（CI-M6PR；也称为胰岛素样生长因子2受体，IGF2R）的糖多肽配体偶联，该受体是一种典型的胰岛素样生长因子2受体（IGF2R）。细胞表面 LTR，导致MDA-MB-231 和 HDLM-2 细胞系中通过溶酶体途径的细胞表面 PD-L1 表达水平显着降低。除了PD-L1之外，载脂蛋白E4 CD71和表皮生长因子受体（EGFR）也被相应的LYTAC降解。为了开发更有效和可药物化的PD-L1 LYTAC，需要大量的研究工作。首先，可以设计靶蛋白和细胞表面LTR的小分子配体并将其应用于PD-L1 LYTAC，例如Spiegel及其同事诱导α二硝基苯酚（DNP）抗体和巨噬细胞迁移抑制因子降解的工作（ MIF）与小分子 LYTAC。其次，除了CI-M6PR之外，还应该探索更多类型的细胞表面LTR，例如肝脏特异性脱唾液酸糖蛋白受体（ASGPR）、分拣蛋白和转铁蛋白受体。此外，Jiang和同事设计了信号介导的溶酶体靶向嵌合体（ SignalTAC）根据 CI-M6PR 的溶酶体分选信号降解 PD-L1这也可能为 LYTAC 的开发提供鼓舞人心的结果。第三，LYTACs的PK、药效学（PD）和安全性需要进一步研究。图8. 靶向PD-L1的LYTACs设计策略基于 LYTAC 技术，Liu 及其同事最近开发了基于 DNA 适配体的共价 LYTAC，其一侧靶向 CI-M6PR，另一侧允许生物正交共价缀合增强与 PD-L1 的特异性结合（图 9）。与非共价对应物相比，共价 LYTAC 表现出显着且更有效的 PD-L1 降解效力。除了阻断 PD-1/PD-L1 相互作用外，共价 LYTAC 还通过降解 PD-L1 引起肿瘤细胞的免疫原性凋亡。此外，体内研究表明，与PD-L1抗体相比，共价LYTAC具有更强的抗肿瘤功效和更少的炎症损伤。基于适配体的药物是一种新兴技术，具有非免疫原性、特异性高、生产成本低等优点，但较差的PK特性可能阻碍其进一步发展。图9. 靶向PD-L1的共价LYTACs设计策略与 LYTAC 类似，Fang 及其同事开发了一种整合素促进溶酶体降解 (IFLD) 策略，以整合素和溶酶体依赖性方式降解细胞外和膜相关蛋白。IFLD分子也是由靶蛋白配体、整联蛋白配体和接头组成的异双功能分子。响应 IFLD 分子，靶蛋白与 IFLD 分子和整合素形成三元复合物，然后经历内吞作用和溶酶体降解（图10）。通过将 BMS-8 作为PD-L1 配体和 cRGD（一种环肽）作为 αβ 整联蛋白配体与不同的连接体结合，获得了三个靶向 PD-L1 的 IFLD 分子 (23−25)。其中，BMS-L1-RGD (23) 在 MDAMB-231 细胞中以整合素和溶酶体依赖性方式显示出最有效的针对 PD-L1 的降解活性。使用 B16F10 肿瘤异种移植物 C57BL/6J 小鼠模型的体内研究表明，BMS-L1-RGD 显著抑制肿瘤生长并诱导 PD-L1 降解。此外，PK特性可能是基于肽的IFLD分子的绊脚石，开发和应用有效的整合素小分子配体将是提高IFLD分子成药性的替代且有前景的策略。图10. 靶向PD-L1的IFLD设计策略利用内源性细胞因子介导的同源受体内化来实现靶蛋白的溶酶体递送，开发了细胞因子受体靶向嵌合体 (KineTAC)，它可以通过溶酶体途径诱导细胞表面和细胞外蛋白的降解（图 11）。KineTAC 是双特异性抗体，由用于结合其同源细胞因子受体的细胞因子臂和用于靶蛋白的靶结合臂组成。基于结合诱饵受体 CXCR7 的趋化因子 CXCL12，融合 PD-L1 抗体的 KineTAC 可有效诱导 MDA-MB231 细胞中的 PD-L1 降解。此外，人表皮生长因子受体 2 (HER2)、表皮生长因子受体 (EGFR)、含 CUB 结构域的蛋白 1 (CDCP1)、肿瘤相关钙信号转导器 2 (TROP2)、PD1、肿瘤坏死因子-α (TNF) -α）和血管内皮生长因子（VEGF）也被各自的 KineTAC 成功降解。这意味着设计结合细胞因子受体（例如 CXCR7）和感兴趣的蛋白质的小分子嵌合体可能是诱导细胞降解的替代策略-表面和细胞外蛋白。图11. 靶向PD-L1的KineTAC设计策略为了取代 CI-M6PR 的糖多肽配体，最近设计了基于 IGF2 的肽作为 CI-M6PR 的配体，然后将其与 PD-L1 抗体融合以获得基于肽/蛋白质的 LYTAC（图 12）。这些LYTAC可以与PD-L1和CI-M6PR结合，从而诱导PD-L1降解并增强外周血单核细胞（PBMC）对肿瘤细胞的细胞毒性。图12. 靶向PD-L1的KineTAC基于IGF2肽段的LYTACs设计策略一般来说，上面提到的大多数分子（14、15、18、21和23−25）都是基于PD-1/ PD-L1小分子抑制剂的杂化化合物。典型的PD-1/PD-L1抑制剂（以BMS202为例）药效团可分为核心组、连接子、芳基和尾基（图13）。从这些杂化化合物的结构角度来看，它们通过各种连接物与PD-1/PD-L1抑制剂尾基团中的另一个分子偶联。实际上，PD-1/PD-L1抑制剂通过诱导PD-L1形成对称二聚体与PDL1结合；因此，根据我们对PD-1/PD-L1抑制剂57−61的研究经验，我们推测核心组可能是另一个与不同分子偶联的位点（图13），这可能产生值得进一步研究的新的杂化化合物。图13. BMS202与PD-L1结合模式和潜在的重要药效团基于小分子可能能够抑制PD-1/PD-L1相互作用并诱导PD-L1降解的假设，通过虚拟筛选和研究报道了一系列小分子PD-1/PD-L1抑制剂。广泛的结构-活性关系研究。其中，化合物Jiang-17（30，图14A）在PD-L1-GFP质粒转染的293 T细胞中诱导PD-L1内化到细胞质中，并通过溶酶体依赖性促进MDA-MB-231细胞中的PD-L1降解。此外，在PBMC和MDA-MB-231细胞共培养模型中，Jiang-17还有效抑制PD-1/PD-L1相互作用并激活PBMC的抗肿瘤免疫。晶体结构分析表明Jiang-17诱导PD-L1二聚化并形成PD-L1二聚体/Jiang-17复合物。体内研究表明，Jiang-17 抑制了接种 CT26 细胞和 B16−F10 细胞的 BALB/c 小鼠的肿瘤生长。图14. Jiang-17的设计策略和化学结构通过在体外使用均相时间分辨荧光 (HTRF) 测定筛选小分子文库，发现了一种有效的 PD-1/PD-L1 抑制剂，命名为 ARB-272572（31，图 14B）。进一步的研究表明，ARB-272572诱导 PD-L1 二聚化并随后内化到细胞质中，导致细胞表面PD-L1 水平降低。在接种MC38细胞的人源化PD-1/PD-L1小鼠中，ARB-272572表现出显著的抗肿瘤作用，并降低了细胞表面PD-L1的表达水平。此外，ARB-272572 改善了乙型肝炎病毒 (HBV) 特异性免疫反应。除了与 PD-L1 胞外区域结合的配体外，Xu 及其同事还发现 HIP1R 充当PD-L1 的内源性配体，它可以与 PD-L1 的胞内区域结合，并与 PD-L1 结合，然后以溶酶体依赖性方式促进 PD-L1 降解。此外，他们设计的嵌合肽（PD-LYSO，32）也成功实现了溶酶体依赖性PD-L1降解（图15）。这一发现意味着PD-L1的胞内区域也可以被靶向，为PD-L1的胞内区域提供了新的策略。有可能可以设计肽、肽模拟物和小分子来结合PD-L1的胞内区域，从而阻碍PD-L1的免疫抑制功能。图15. 嵌合肽PD-LYSO 降解PD-L1的作用机制3. 不与PD-L1结合的下调调节器作为一种膜蛋白，成熟的PD-L1需要经历复杂的过程，包括转录、转录后修饰、翻译、翻译后修饰（如磷酸化、泛素化、甲基化、糖基化和棕榈酰化）、运输等，受多种蛋白质和因子的调节。迄今为止，据报道，多种分子不是通过与PD-L1结合而是通过影响上述过程来下调PD-L1的表达水平，从而表现出抗肿瘤免疫作用。接下来，我们简要总结这些分子和它们下调 PD-L1 的机制（图 16）。图16. 间接调控PD-L1水平的小分子汇总3.1 影响PD-L1的转录信号转导和转录激活因子（STAT）信号通路在调控基因转录和生物学过程中起着重要作用，包括STAT1/2/3/4/5A/5B/6。2017年，Sun及其同事发现PD-L1的过表达与头颈部鳞状细胞癌患者中磷酸化的STAT3水平显著相关。用STAT3抑制剂S3I- 201处理CAL27和FaDu细胞，可抑制STAT3的磷酸化，导致PD-L1的表达降低。组蛋白脱乙酰酶（HDAC）是一种表观遗传蛋白，在调节组蛋白和非组蛋白底物乙酰化水平的动态平衡中发挥着关键作用。越来越多的证据表明 HDAC 参与调节免疫相关通路和 PD-L1 的表达水平。2016年，Villagra及其同事发现HDAC6通过调节STAT3的激活来调节PD-L1的表达。HDAC6 和磷酸化 STAT3 被招募到 PD-L1 的启动子上，从而激活 PD-L1 基因转录。通过选择性HDAC6抑制剂（Tubastatin A和Nexturastat A）抑制HDAC6或敲低HDAC6均能阻断STAT3的磷酸化，并进一步降低黑色素瘤细胞中PD-L1的表达。由 BRD2、BRD3、BRD4 和 BRDT 组成的溴结构域和额外末端结构域 (BET) 蛋白属于含溴结构域蛋白家族在识别和结合乙酰化组蛋白和其他非组蛋白底物以促进基因转录方面发挥着关键作用。近年来多项研究表明PD-L1基因（CD274）是BRD4介导的基因转录的直接靶点，BET抑制剂JQ1处理可降低PD-L1在转录和蛋白水平的表达，并降低PD-L1的表达。降低IFNγ诱导的PD-L1表达，从而提高抗肿瘤免疫效果。c-MYC是一种在多种肿瘤中过度表达的原癌基因，参与肿瘤的发生和发展。2019年，Ma及其同事发现非小细胞肺癌患者中PD-L1表达与c-MYC表达呈正相关，这些PD-L1和c-MYC双阳性表达的患者预后较差。随后在食管鳞状细胞癌患者中证明了类似的结果。此外，c-MYC抑制剂10058-F4降低了KY-S140细胞中PD-L1的表达。机制研究表明，c-MYC 直接与 PD-L1 启动子结合，导致 PD-L1 表达增加。3.2.影响PD-L1的翻译后修饰。二甲双胍是治疗2型糖尿病（T2D）的经典口服药物，近年来被发现具有抗肿瘤作用。2018年，Huang及其同事证明二甲双胍降低了多种肿瘤细胞中PD-L1的表达水平。进一步的机制研究表明，二甲双胍诱导激活的 AMP 激活蛋白激酶 (AMPK) 直接磷酸化 PD-L1 的 Ser195。PD-L1 Ser195 磷酸化诱导 PD-L1 异常糖基化，从而抑制内质化PD-L1 的微网 (ER) 易位至高尔基体，导致 PD-L1 内质网积聚，最终导致 PD-L1 泛素蛋白酶体依赖性 ER 相关蛋白降解 (ERAD)。3.3.影响PD-L1的运输。受到天然药物抗肿瘤功效的启发，Deng及其同事在2020年通过筛选发现小檗碱（BBR）下调非小细胞肺癌（NSCLC）细胞中PD-L1的表达水平系列中药化学单体。机制研究表明，BBR 通过在 Glu76 处直接结合组成型CSN5 并抑制其去泛素化活性，诱导泛素蛋白酶体依赖性 PD-L1 降解。此前，有报道称 CSN5 可以直接去泛素化 PD-L1，从而稳定 PD-L1。4. 联合抑制策略如上所述，PD-L1下调剂通过降低PD-L1表达来促进抗肿瘤免疫作用；将这些下调剂与其他免疫疗法结合起来，产生协同增强的抗肿瘤功效是可能的。多项研究表明，相应的联合疗法表现出协同抗肿瘤活性。然而，药物间相互作用、药代动力学特性和安全性是联合疗法开发的挑战。此外，同时针对多个肿瘤相关信号因子的多靶点药物将成为提高抗肿瘤效果的替代策略。研究人员可能会受到这些PD-L1下调剂的机制和结构的启发，开发出更有效的抗肿瘤药物。基于PD1/PD-L1抑制剂和HDAC抑制剂的经验，提供了双PD-L1/HDAC抑制剂的设计策略，作为开发多靶点抑制剂的模板。首先，分析两类抑制剂与相应蛋白质的结合模式。HDAC抑制剂（以Nexturastat A为例）药效团可分为锌结合基团（ZBG）、表面识别帽（SRC）和连接基团（图17），其中ZBG对于通过ZBG之间的螯合相互作用实现HDAC抑制活性是不可或缺的和HDAC的催化Zn离子；连接子将ZBG与SRC连接并占据HDAC结合口袋中的疏水隧道；SRC与HDAC表面的氨基酸残基相互作用，表现出多种结构；因此，将 PD-1/PD-L1 抑制剂药效团纳入该部分可能会导致 PD-1/PD-L1 和 HDAC 的双重抑制。结合图13中的分析，PD-1/PD-L1抑制剂中有两个位点可以尝试引入HDAC抑制剂药效团（图17）；最终，通过研究合适的连接体可以获得PD-L1/HDAC双重抑制剂。与单靶点药物相比，多靶点化合物可以同时靶向多个肿瘤相关信号因子，从而可能提高抗肿瘤效果。与联合疗法相比，多靶点化合物是单组分药物，可以克服联合疗法中不可预测的药物间相互作用、药代动力学特性和安全性的缺点。图17. PD-L1、HDAC双抑制剂的设计策略声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓