分享一篇近期发表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，题目是“Bioorthogonal Quinone Methide Decaging Enables Live-Cell Quantification of Tumor-Specific Immune Interactions”。文章的通讯作者为北京大学陈鹏和樊新元教授。肿瘤的发生与复杂的细胞相互作用密切相关。有效的抗肿瘤细胞免疫取决于肿瘤与细胞毒性免疫细胞，特别是细胞毒性T细胞(ctl)之间的特异性相互作用。这些相互作用直接影响肿瘤的消退和潜在的根除，强调了研究这些不同的CCIs对表征免疫反应和指导免疫治疗应用的重要性。但这种相互作用仍然难以直接表征，这主要是由于它们的动态性、细胞间通讯的复杂性和规避机制。近距离标记方法已经开发出来，通过在接触环境中原位细胞标记来研究细胞相互作用，促进检测，分离和下游分析，但是这些方法的应用受限于基因层面操作、复杂的偶联物的合成、额外的细胞刺激损伤或是专职抗原提呈细胞相关的应用范围。考虑到肿瘤T细胞相互作用的特异性和复杂性，作者设想一个合适的接近标记平台将满足以下属性: (i)足够的选择性来检测特定的细胞相互作用，(ii)中间体的广泛反应性，以确保标记具有不同强度和界面间隙距离的CCIs的敏感性， (iii)对原代和/或难以转染的细胞类型或组织样本进行非遗传操作，(iv)具有无创和可控的时空分辨率标记能力，以避免破坏标记的细胞，以及(v)化学可调性，以广泛适用。本研究提出了一种基于醌类化合物的生物正交光催化细胞相互作用标记策略，命名为CAT-Cell，用于检测和量化肿瘤T细胞相互作用。诱饵细胞以非遗传方式配备了铱光催化剂。这使得诱饵细胞在可见光照射下产生反应性QM中间体，随后标记靠近的相互作用细胞。QM探针的化学适应性确保了CAT-Cell检测多种受体配体对诱导的CCIs的敏感性和效率，使该方法能够量化不同强度的肿瘤T细胞相互作用，并研究肿瘤特异性T细胞在原代样品中的肿瘤识别。此外，还通过将CAT-Cell与基于抗体的靶向系统相结合，证明了它的广泛应用，并证明了NK细胞的标记能力。这些证明强调了CAT-Cell作为敏感和定量解剖肿瘤T细胞相互作用的一种有价值和通用的方法，它可以反映相互作用的强度以及免疫反应的程度。首先，作者合理设计和优化了亚甲基醌探针的结构，通过调整探针中间体的活性和扩散半径，使其适配于细胞间标记的环境与空间距离。之后，他们分别在小分子、蛋白质层面对该标记反应进行表征，并在CD40-CD40L介导的HEK293T细胞互作体系中进行了细胞间标记的验证。此外，作者们还将CAT-Cell策略与抗体靶向平台相结合，通过制备纳米抗体—光催化剂偶联物成功实现了特定肿瘤细胞的互作细胞鉴定与分析，展示了该策略应用于多种场景的潜力（图1）。
图1. 用于蛋白质和细胞水平接近标记的CAT-Cell的发展。
接下来，作者评估了其在原代组织样本中识别肿瘤T细胞相互作用的可行性。CAT-Cell技术实现了模型抗原卵清蛋白(OVA)引发的MC38小鼠结肠癌细胞与OT-I转基因小鼠脾细胞CD8+ T细胞的相互作用的检测（图2a-d）。同时，CAT-Cell具备在低丰度肿瘤特异性T细胞混合系统中检测肿瘤T细胞相互作用的能力（图2 e, f）。
图2. CAT-Cell能够从小鼠模型中检测肿瘤特异性T细胞。
在肿瘤微环境中存在多种肿瘤—免疫细胞相互作用，其中pMHC-TCR介导的细胞间相互作用对于研究杀伤性免疫细胞特别是抗原特异性T细胞对肿瘤细胞的识别具有重要意义。然而，由于TCR具有高度多样性和亲和力低的特点，解析pMHC-TCR介导的互作细胞信息十分具有挑战。接下来，作者利用CAT-Cell技术对肿瘤细胞和肿瘤浸润淋巴细胞(til)之间的相互作用进行考察。以MC38-OVA和MC38-B2M KO肿瘤为模型（β-2微球蛋白(B2M)是MHC-I复合物抗原呈递功能的关键组成部分。B2M突变会导致MHC-I表达降低，进一步导致抗原呈递不足，从而影响T细胞识别，帮助肿瘤逃避免疫应答。）。将这些实体瘤消化成单细胞悬液。[Ir]预处理的MC38细胞分别负载OVA257 264或GP33 41肽作为不同的诱饵细胞，然后与这些肿瘤单细胞悬液共培养，然后用CAT-Cell标记相互作用的TILs(图3a)。值得注意的是，只有当OVA257 264引物的MC38细胞与MC38- ova肿瘤细胞悬液孵育时，才观察到CD8+ T细胞的显著生物素化，证实了肿瘤特异性CD8+ T细胞的成功检测(图3b,c)。同时，生物素化的增加与PD-1、TIM-3、CD39、CD137、CD25和CD44的表达上调呈正相关(图5d、e)。这表明相互作用的CD8+ T细胞表现出激活和/或功能障碍表型，证实了它们的抗肿瘤潜力。
图3. 肿瘤浸润淋巴细胞中肿瘤特异性T细胞的体外定量表征。
除了CD8+ T细胞外，作者还评估了CAT-Cell在研究肿瘤NK细胞相互作用中的标记能力。在这里，我们分别使用MC38-B2M KO和MC38-WT细胞作为诱饵细胞，并使用CAT-Cell分析不同靶细胞NK相互作用的变化(图4)。这些发现突出了我们方法的特异性和敏感性，展示了cat细胞引入的生物素信号如何作为相互作用状态的敏感化学标记物，潜在地克服了其他局限性。CAT-Cell所采用的多种衰变化学使其具有破译多种肿瘤免疫细胞相互作用的显着潜力。
图4. 整合CAT-Cell与抗体为基础的靶向系统和其他免疫细胞类型。
综上所述，作者利用亚甲基醌类探针反应底物的广泛性、化学可控性和生物相容性，结合具有时空分辨率的光催化生物正交剪切反应，发展了表征细胞间相互作用的CAT-Cell策略。该策略高效、灵敏、通用、温和且无需基因操作，可以帮助研究者们在没有预先了解介导细胞互作的分子信息的情况下，对多种细胞—细胞相互作用进行分析，为研究肿瘤细胞特异性识别进而深入解析免疫应答机制提供了有力工具。同时，该策略进一步将生物正交光催化这类新型化学生物学技术从胞内和胞膜拓展到细胞-细胞之间，充分体现了新型技术在生命科学研究中的巨大潜力和优势。
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