使用Lewis x系列寡糖改善嵌合抗原受体T细胞在实体瘤组织中的浸润和 粘附的研究

Lewis x (Le x) series oligosaccharides are associated with various physiological processes. Le x series oligosaccharides are over-expressed in many malignant tissues, which make them biomarkers for tumor diagnosis and treatment. Studies have revealed that E-selectin, one ligand of Le x series oligosaccharides, is markedly up-regulated in endothelial cells near inflamed and some tumor tissues, promoting the adhesion and infiltration of leukocytes into these affected tissues. This project intends to modify the cell surface of the chimeric antigenic receptor (CAR) T cells with Le x series oligosaccharides, aiming to direct the trafficking and infiltration of CAR-T cells to the solid tumor sites to enhance the therapeutic efficacy and reduce the adverse effects of CAR-T cell therapy in solid tumor treatment..In our previous work, we have successfully synthesized monomer Le x and sialyl Le x. On the basis of the well-established glycosyltransferase-based enzymatic modular assembly (EMA) strategy, we will apply several rational designed modules to construct a library of Le x series oligosaccharides, comprising of monomeric to pentameric Le x, with or without two different terminal sialic acid types (Neu5Ac or Neu5Gc). Subsequently, we will use glycan-array techniques to study the binding affinity of these oligosaccharides to E, P, L-selectin and two C-type lectins (DC-SIGN and L-SIGN). Based on the information provided by glycan-array, suitable Le x series oligosaccharide will be conjugated to phospholipids for CAR-T cell surface modification. The surface glycan-modified CAR-T cells will be tested in vivo to study the migration and tumor infiltration properties, as well as their therapeutic outcome.

Lewis x （Le x）系列寡糖在众多生命过程中发挥重要的作用，是重要的肿瘤生物标志物。研究发现，炎症和肿瘤部位附近的内皮细胞表面会上调表达选择素E，而选择素E可与Le x系列寡糖结合，介导淋巴细胞在炎症、肿瘤的粘附和浸润。本项目拟使用Le x系列寡糖对嵌合抗原受体T（CAR-T）细胞进行修饰，增强其向实体瘤组织的迁移和浸润，以提高CAR-T细胞对实体瘤的治疗效果，减少不良反应的发生几率。我们在前期Le x单体及其唾液酸化单体合成的基础上，通过高效的酶法模块化组装策略，完成Le x单体到五聚体及其两种不同唾液酸化形式的Le x系列寡糖化合物库的构建；继而运用糖芯片技术，系统地研究Le x系列寡糖与多种选择素和C型凝集素结合的构效关系；依据得到的构效关系信息，选择合适的寡糖对CAR-T细胞进行表面修饰，观察修饰对CAR-T细胞的迁移、浸润和治疗效果的影响。

该项目计划通过化学酶法合成一系列Lewis x糖抗原，通过糖芯片技术分析Lewis x抗原和其受体结合的构效关系，并进一步对Lewis x抗原对嵌合抗原受体T细胞在体内的迁移以及治疗效果进行考察。获得项目资助后，该项目进展顺利，取得了一系列重要的科研成果：.首先，我们开展了具有重要生物活性的复杂人源糖链的高效、系统性合成研究。针对哺乳动物糖链合成相关酶，来源少、难于重组表达、底物适应性差等缺点，我们以来源广泛的细菌糖链合成相关酶为基础，设计了糖链生物合成元件，发展了糖链酶法模块化组装策略。实现了具有重要生物活性的O-甘露聚糖（J. Am. Chem. Soc. 2019）、Poly-LacNAc系列糖链（Chem. Commun., 2020）、Sda组织血型抗原（Green Chem., 2020）以及杂合型Lewis抗原（Org. Biomol. Chem., 2021）的系统性合成；其次，为了实现对糖链酶促催化合成过程的调控与操纵，突破酶的底物应用范围与酶的来源限制，我们发展了化学调控与操纵下的糖链精准生物合成策略，将有机合成化学的理性设计理念、合成方法和策略等与酶促合成有机结合，实现了唾液酸化（J. Am. Chem. Soc. 2019）与岩藻糖基化等复杂糖链的可控合成（Nat. Catal. 2019），为复杂人源糖链的精准合成提供了系统性解决方案；第三，我们发展了一种基于吸附-释放策略的高效寡糖合成方法，通过糖基受体上边偶联的巯基纯化标签，实现了寡糖的液相酶法合成以及固相分离纯化，大大简化了寡糖的酶促合成过程（Chin. J. Chem., 2022）；第四，发展了肿瘤细胞靶向的pH响应的聚芦丁药物递送体系，将抗肿瘤药物硼替佐米通过pH响应的硼酸酯键连接到酶法合成的聚芦丁上，实现了硼替佐米的肿瘤特异性给药，我们阐明了聚芦丁载药体系的肿瘤细胞选择性内吞机制。另外，还通过小鼠体内实验，对聚芦丁载药体系的肿瘤治疗作用、生物分布、毒性等进行了系统研究（Biomacromolecules, 2021）。