专家点评Nature | 免疫疗法新思路: 韩硕/高强团队利用邻近标记化学建立抗原扩增技术

摘要：邻近标记是一项新兴的化学生物学技术，通过利用和改造自然界中酶催化产生的高活性、非特异性反应中间体，对相邻的生物大分子或细胞进行无偏差生物素化标记、富集与高通量鉴定。该方法由斯坦福大学Alice Ting等多个课题组不断发展（代表工作Rhee/邹鹏 Scienc

点评 |曹云龙（北京大学）、王皞鹏（昌平实验室）、陈侃（启明创投）

邻近标记是一项新兴的化学生物学技术，通过利用和改造自然界中酶催化产生的高活性、非特异性反应中间体，对相邻的生物大分子或细胞进行无偏差生物素化标记、富集与高通量鉴定。该方法由斯坦福大学Alice Ting等多个课题组不断发展（代表工作Rhee/邹鹏 Science 2013，Fazal/韩硕 Cell 2019，李介夫/韩硕 Cell 2020，秦为/Cheah Cell 2023），在过去十年间迅速成为生物学研究的重要工具，极大地增进了人们对分子细胞相互作用的理解。然而，从原理上，邻近标记反应并非仅限于使用含生物素的分子作为底物；产生的活性反应中间体能否在其他领域有所应用，还尚未被深入探索。

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（上海生化细胞所）韩硕课题组一直致力于拓展邻近标记技术的外延，特别是突破现有的仅以检测为目的的科研工具，探索其作为一种新型细胞功能调控工具，在治疗疾病方面的可能性。

2025年9月10日，上海生化细胞所韩硕研究员课题组联合复旦大学附属中山医院高强教授团队在Nature上发表了题为Amplifying antigen-induced cellular responses with proximity labelling的研究论文，提出了利用邻近标记反应在体精准构建人造抗原的概念，在小鼠肿瘤模型与病人来源组织中建立了基于空间特异扩增抗原（antigen amplification）的肿瘤免疫治疗方法，不仅为邻近标记技术开辟了新赛道，也为抗原依赖的免疫治疗提供了新思路。

现有的CAR-T与抗体治疗方法依赖于有效的肿瘤抗原，然后目前常用的抗原（如HER2，MSLN等）面临两大挑战：一是高异质性，即部分细胞表面抗原密度低，无法有效激活免疫细胞，造成免疫逃逸；二是非特异性，即肿瘤抗原在健康组织中也有表达，从而造成治疗过程中的毒性。因此，作者设想利用活体内高空间分辨的邻近标记反应，特异性地在肿瘤组织中的癌细胞表面构建高密度人工抗原，作为免疫治疗靶点。作者将这一概念命名为Proximity Amplification and Tagging of Cytotoxic Haptens(PATCH, 一语双关，指一小块斑点或补丁)。

为了实现活体内细胞表面高效无毒的邻近分子标记，作者首先构建了一种以卟啉为催化活性中心的工程化纳米酶PCN，并体外验证了在深红光激发下可进行邻近分子标记反应。作者同时发现PCN还可以通过超声波激活，进行邻近标记，首次建立了超声激活的邻近标记系统。两种激活模式均具有非入侵性、组织选择性、组织穿透性等特点，为在体的精准治疗应用打下了技术基础。

随后，作者在体外细胞培养和临床来源的肿瘤样本中对PATCH进行了验证。通过激活靶向癌细胞表面HER2等抗原的工程化纳米酶，催化含有人工抗原FITC的标记底物分子，与周围数纳米范围内的细胞表面蛋白发生大量的共价连接，在细胞表面构建高密度抗原簇。进一步利用可结合FITC人工抗原的双特异性T细胞结合剂BiTE，高效地招募T细胞至肿瘤细胞表面，并强力激活T细胞受体，极大地增强了对肿瘤细胞的识别和杀伤效力。

作者通过多个小鼠实体肿瘤模型对PATCH治疗技术进行了体内验证。红光或者超声激活的PATCH治疗均可快速、安全、有效的清除已有肿瘤。与此同时，作者还发现PATCH治疗过程可以引发全身性的免疫激活与长期的免疫记忆。一系列体内实验验证了该技术的两大特点：一是高效扩增解决了天然抗原异质性问题，使得T细胞充分被激活，癌细胞得以被有效清除；二是光声可控的反应使得人工抗原的生成具有组织选择性，仅仅在病灶部位产生反应，从而避免了靶向天然抗原时对健康组织器官的毒性。

图一：通过PATCH技术扩增的人工抗原与天然抗原激活T细胞的比较示意图

韩硕研究员和高强教授为本论文的共同通讯作者，韩硕课题组博士后李烁钧、博士生门盈辉、博士生王子涵与高强课题组博士生吴英成为该论文的共同第一作者。该工作得到了分子细胞科学卓越创新中心许琛琦研究员、王广川研究员，复旦大学附属中山医院樊嘉教授、上海药物所周虎研究员等团队的大力支持。

PATCH相关技术目前已申请国际专利（韩硕，李烁钧，PCT/CN2025/111144），在未来的研究中，团队将探索其转化应用的可能性，并进一步升级邻近标记系统，测试募集其他类型免疫细胞，以及广泛拓展该技术在器官衰老、自身免疫等各类疾病中的应用潜能。

招聘：中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（上海生化细胞所）韩硕课题组专注于挖掘、改造、利用自然界中各类生物大分子标记反应，开发科学研究工具与疾病治疗技术。Han Lab长期招聘蛋白质与RNA化学生物学、AI大语言模型、肿瘤免疫、器官衰老与再生四个方向的博士后职位，详情请见课题组网站（https://hanshuolab.sibcb.ac.cn/）。

专家点评

曹云龙（北京大学生物医学前沿创新中心）

肿瘤免疫疗法，如CAR-T细胞治疗和双特异性抗体，已成为癌症治疗领域的革命性工具。然而，这些方法的有效性高度依赖于肿瘤细胞表面抗原的表达水平与密度。目前常用的许多肿瘤相关抗原（例如HER2和MSLN）存在表达异质性，并在某些正常组织中也有分布，从而导致免疫细胞激活不足、肿瘤免疫逃逸以及脱靶毒性等问题。这些限制严重制约了该类疗法的临床广泛应用，也促使研究人员不断探索新型策略以增强抗原特异性免疫识别。

邻近标记技术（proximity labeling）自建立以来，已在蛋白质互作研究和亚细胞结构解析中展现出强大能力，但其应用长期主要局限于基础科研领域。能否将这一化学工具拓展至疾病治疗、特别是肿瘤免疫治疗方向，一直是该领域备受关注的前沿课题。

韩硕研究员与高强教授团队在《Nature》杂志上发表的最新研究，创新性地将邻近标记技术从“发现工具”成功转向“治疗工具”，提出了一种名为PATCH（Proximity Amplification and Tagging of Cytotoxic Haptens）的新型免疫治疗策略。该研究通过设计一种基于卟啉金属有机框架的纳米酶（PCN），可在红光或超声波的控制下，于肿瘤细胞表面实现FITC半抗原的高效、共价标记与扩增。这一方法创新性地利用邻近标记反应在肿瘤细胞表面构建高密度人工抗原，建立起一种空间特异性的抗原扩增免疫治疗新体系。该工作不仅为邻近标记技术开辟了全新的应用方向，也为抗原依赖性免疫治疗提供了通用型解决方案，巧妙攻克了抗原密度不足与异质性难题。

尤为值得一提的是，该研究不仅在多种小鼠肿瘤模型和患者来源组织中验证了PATCH技术的有效性，还证明其能够引发系统性免疫应答和长期免疫记忆，显示出超越局部治疗的全身性抗肿瘤潜力。这种将化学生物学工具与免疫治疗深度融合的研究策略，为肿瘤免疫治疗带来了新的思路和发展方向。基于PATCH技术较强的通用性和良好的可拓展性，如能在未来进一步克服其临床转化中面临的诸多挑战——如纳米酶的生物安全性、免疫原性以及对深部肿瘤的适用性等问题，将具有重大的科研与产业价值，值得学术界和工业界共同关注与推动。

专家点评

王皞鹏（昌平实验室、上海科技大学）

基于T细胞的免疫治疗（如BiTE、CAR-T与TCR-T）在临床上取得了引人瞩目的疗效，但肿瘤细胞往往通过下调表面肿瘤抗原密度造成治疗过程中的免疫逃逸。在韩硕研究员/高强教授合作的这篇Nature论文中，作者开创性地提出了"抗原扩增"（Antigen amplification）这一全新的免疫治疗策略——PATCH（Proximity amplification and tagging of cytotoxic haptens），即通过近距离标记化学反应，利用纳米酶催化剂实现对合成抗原的原位扩增，为肿瘤细胞表面创造高密度的人工抗原簇。

该研究的核心创新在于开发了可被深红光（>680nm）或超声激活的多孔配位网络（PCN）纳米酶，能够催化FITC探针在靶细胞表面进行共价标记和扩增，产生比天然抗原密度高10-30倍的合成抗原簇。这种高密度的FITC-PATCH与抗FITC双特异性T细胞接合子（BiTE）结合，能够有效驱动T细胞受体的crosslinking和信号放大，显著提升T细胞的杀伤敏感性。在NY-ESO-1等经典肿瘤抗原体系的头对头比较中，PATCH策略相较于传统天然抗原靶向的BiTE展现出超过250倍的检测敏感性提升。

非常有意思的是，在多个同源小鼠肿瘤模型中，PATCH激活的T细胞不仅表现出更强的杀伤能力，还呈现出更低的耗竭表型，并通过树突状细胞的抗原呈递激活了针对癌细胞的系统免疫反应。通过antigen spreading机制，PATCH治疗不仅能够完全清除标记的原发肿瘤，还能诱导针对远距离未处理转移灶的远隔效应和长久的免疫记忆保护。

虽然本研究主要在双特异性抗体（BiTE）的应用框架内验证了抗原扩增策略，但该技术平台具有广泛的拓展潜力，有望与anti-FITC-CAR-T细胞疗法以及anti-FITC-ADC等多种免疫治疗模式联合应用，为解决实体瘤抗原密度不足这一关键挑战提供了全新的解决方案。

专家点评

陈侃（启明创投合伙人）

如何选择一个合适的肿瘤抗原（tumor associated antigen）一直是肿瘤免疫治疗中的关键问题之一，目前临床上已使用的以及临床前在研的各类靶点都存在缺憾之处。在韩硕研究员等人完成的这项Nature工作中，他们提出了一个全新的概念，极具创意地将此前广泛用于科学研究的一类分子工具改造成了活体内特异性修饰肿瘤细胞表面的技术，并结合招募T细胞的BiTE抗体，实现了对癌细胞的有效杀伤。文章中已有的小鼠模型数据展现了该技术的转化潜力，并且类器官相关数据也初步验证了对于病人来源组织的有效性。未来如果该技术能借助临床上目前已有的光或超声相关诊疗设施，发展成一种“”精准放疗“”的手段，将具有潜力转化为一种全新的免疫治疗方法。与此同时，就像CAR-T技术的应用从肿瘤治疗已不断拓展到其他疾病治疗，抗原扩增标记这一技术理论上也普遍适用于更加广泛的免疫治疗场景中。

学术合作组织