摘要：免疫治疗在癌症、感染性疾病和自身免疫疾病治疗领域展现出巨大潜力，但精准识别和杀伤病变细胞一直是其面临的核心挑战。传统免疫疗法依赖单一靶点，如肿瘤表面特异性抗原，存在靶点突变或逃逸导致治疗效果不佳的问题。细胞内蛋白降解产生的抗原肽片段虽可呈递于 MHC I 分子
免疫治疗在癌症、感染性疾病和自身免疫疾病治疗领域展现出巨大潜力，但精准识别和杀伤病变细胞一直是其面临的核心挑战。传统免疫疗法依赖单一靶点，如肿瘤表面特异性抗原，存在靶点突变或逃逸导致治疗效果不佳的问题。细胞内蛋白降解产生的抗原肽片段虽可呈递于 MHC I 分子上，为免疫治疗提供丰富靶标，但 MHC I 分子的高度多态性以及抗原的多样性，使得针对 MHC I - 抗原复合体（pMHC I）的精准识别困难重重。2024 年 12 月 13 日，Nature Biotechnology 发表了 “Targeting peptide antigens using a multiallelic MHC I - binding system” 的研究，开发出 TRACeR - I 技术平台，为免疫治疗带来新曙光。
靶点选择困难与逃逸问题癌症和感染性疾病治疗中，传统免疫疗法多采用靶向表面抗原的单克隆抗体。然而，细胞表面特异性抗原数量有限，增加了靶点选择难度。而且，在治疗压力下，这些抗原易发生突变，使病变细胞逃脱免疫系统攻击，降低治疗效果。细胞内抗原利用的挑战细胞内异常蛋白及病原体感染细胞表达的外源性蛋白经降解后呈递在 MHC I 分子上，本应是丰富的靶标来源。但 MHC I 分子高度多态性（超 38,000 种已知 HLA 亚型），传统 T 细胞受体（TCR）难以实现特异性设计。TCR 的多反应性虽有助于广泛识别抗原，但在治疗中易导致脱靶作用和免疫副反应。工程化改造 TCR 或抗体的方法效率低、成本高，且 TCR 只能结合 MHC I 复合体部分位点，无法实现全肽覆盖，限制了其靶向能力。TRACeR - I（Targeted Recognition of Antigen–MHC Complex Reporter for MHC I）平台的出现，有望克服上述问题。它能以高度特异方式结合 MHC I 分子上的肽抗原，突破传统 TCR 在特异性和多样性方面的限制，通过创新结构设计实现对抗原的全面覆盖，在多种临床相关抗原和 HLA 亚型中表现出普适性，为精准免疫治疗提供新路径，也为基础研究和诊断技术开辟新方向。
三、什么是 TRACeR - I：免疫科技的 “精密仪器”（一）核心设计特点特异性与普适性结合与传统 TCR 不同，TRACeR - I 通过独特结构优化，实现对整个肽抗原序列的全面覆盖。晶体学分析表明，它能与 MHC I 上的抗原肽广泛且精准接触，甚至在单一残基层面实现特异性识别。这种结合模式提高了靶向准确性，降低了 HLA 亚型多态性带来的识别障碍。创新的开发流程开发过程采用计算建模与高通量筛选相结合的工程化流程。从初始结构设计到结合界面优化，利用 Rosetta 建模套件和酵母表面展示技术，仅用数天就筛选出能高效结合多种 MHC I 表位的候选分子。实验验证显示，其对癌症抗原 NY - ESO - 1、Epstein - Barr 病毒抗原等多种临床相关抗原具有高亲和力和高特异性，结合强度达纳摩尔级（nM）。TRACeR - I 的模块化设计使其应用潜力广泛。从双特异性 T 细胞接合器（BiTE）到嵌合抗原受体 T 细胞（CAR - T），在多个治疗模型中表现卓越，为个性化免疫疗法和靶向诊断技术奠定了坚实基础。
四、如何设计精准的 “靶向导弹”：TRACeR - I 的技术原理（一）结构设计灵感TRACeR - I 的核心结构是经过工程化设计的蛋白质平台，其灵感来源于此前用于 MHC II 分子识别的 TRACeR - II 平台。但 MHC I 与 MHC II 分子在肽抗原呈递方式上有显著差异，MHC I 分子上的抗原肽呈凸起弓形结构，MHC II 分子上的抗原肽更平坦。因此，研究团队重新设计 TRACeR - II 结构，打造出具有凹形抗原识别界面的蛋白质平台，以适配 MHC I 独特的抗原构型，像 “抓钩” 一样抓住 MHC I - 抗原复合体。
抗原识别元件（ARE）优化关键识别元件 ARE 是灵活的环结构，通过高通量突变和筛选，优化其氨基酸序列，使其能与多种抗原肽高特异性相互作用。结合界面优化利用计算建模工具（如 RifDock 和 Rosetta）优化结合界面，确保 TRACeR - I 既能适配 MHC I 的多态性位点，又能识别抗原肽的关键残基，实现对抗原肽全长的识别。对肿瘤相关抗原 NY - ESO - 1 和病毒来源抗原（如 SARS - CoV - 2 和 Epstein - Barr 病毒的抗原肽）的实验验证了其高亲和力和特异性，且能灵活适配不同 HLA 亚型（如 HLA - A02:01 和 HLA - B08:01），增强了应用广泛性。结合模式总结（a 图）概述了 T 细胞受体（TCR）及其模拟抗体在结合 pMHC 时的结构特点，不同结构展示了 TCR 结合模式的多样性，为 TRACeR - I 开发提供参考。TRACeR - II 基础设计（b 图）TRACeR - II 平台的灵活 N 端环状区域（ARE）及其支架形成凹形表面结合 MHC II 分子，为 MHC I 分子结构改造提供灵感。MHC I 和 MHC II 肽构象对比（c 图）对比显示 MHC I 和 MHC II 分子抗原肽构象和结合模式差异，决定了 TRACeR - I 平台特殊的结合模式设计需求。TRACeR - I 开发流程（d 图）包括使用 PatchDock 和 RifDock 进行全局对接生成初步结合模型；通过 RosettaDock 和 FastDesign 优化结合界面，筛选候选模型；将优化序列整合进组合文库筛选；用第二个文库进一步开发特异性 TRACeR 用于不同靶标精准识别。滴定曲线（e 图）TRACeR 与多种 pMHC I 靶标的结合能力通过滴定曲线显示，中位荧光强度（MFI）及低标准差（n = 3 技术重复实验）证明其高亲和性。结合动力学（f 图）生物层干涉法（BLI）测定 TRACeR 结合动力学，结果表明其在纳摩尔范围内的高结合亲和力和优异拟合质量。在免疫治疗中，MHC I 分子（主要由 HLA 基因编码）多态性使跨人群通用靶向治疗困难，不同 HLA 亚型序列差异可能导致免疫治疗药物识别和治疗效果下降。
独特结合模式适配多亚型TRACeR - I 通过精细设计，与 MHC I 分子形成广泛相互作用，重点识别抗原肽关键位点，而非仅依赖 MHC I 分子多态性位点。其对 HLA α1 和 α2 螺旋的 “形状互补” 设计，使其识别界面集中于 HLA 分子保守区域，保证了在多种常见 HLA 亚型（如 HLA - A02:01 和 HLA - B08:01）中的高效结合能力，且在抗原肽识别上具有高特异性和灵敏度。交叉反应测试验证精准性在与 50 种无关抗原肽的交叉反应测试中，TRACeR - I 未显示非特异性结合，充分证明其精准性。此外，通过高通量筛选和进化优化，能快速开发适配多种 HLA 亚型和抗原肽的结合体，提升了治疗的可及性。精准识别病毒抗原在病毒感染模型中，TRACeR - I 表现出色。例如，它能识别 SARS - CoV - 2 膜蛋白抗原肽（HLA - B08:01 呈递的 HLRIAGHHL）和 Epstein - Barr 病毒相关抗原（HLA - A02:01 呈递的 CLGGLLTMV）。这些病毒抗原来自细胞内外源蛋白，经 MHC I 途径呈递，TRACeR - I 通过特异结合模式精准识别，避免交叉反应，结合亲和力达纳摩尔级别，为抗病毒免疫治疗提供有力工具。靶向肿瘤抗原实现杀伤在肿瘤模型中，TRACeR - I 成功靶向 HLA - A*02:01 呈递的 NY - ESO - 1 抗原肽（SLLMWITQV）等肿瘤抗原，在体外实验中，与 BiTE 或 CAR - T 技术结合，实现了肿瘤细胞的高效杀伤。靶点扩展助力个性化治疗TRACeR - I 可通过优化抗原识别元件（ARE）快速适应新抗原靶点，为未来个性化治疗提供可能，无论是应对新发病毒还是多种肿瘤，都展现出巨大潜力。七、不仅是 “杀手”，更是诊断专家：TRACeR - I 的多元用途（一）临床诊断中的应用癌症诊断新工具在临床诊断领域，TRACeR - I 可识别 MHC I 分子呈递的特定抗原肽，如癌症中高度表达的 NY - ESO - 1 等特异性肿瘤抗原。其高亲和结合能力可实现高效检测，适用于小型肿瘤或隐匿性病灶，为早期癌症诊断带来新可能。感染性疾病诊断优势在感染性疾病诊断中，针对 SARS - CoV - 2 感染等，TRACeR - I 能通过识别病毒特异性抗原肽准确判断感染状态，具有高灵敏度，且能快速适应病毒突变带来的抗原变化，可用于实时监控病毒传播和突变演化。解析抗原 - 免疫复合体机制在基础研究中，TRACeR - I 是有效的抗原探针，可帮助绘制抗原呈递图谱，揭示不同免疫环境中的抗原表达特征。其模块化设计便于生成针对新抗原的变体，提高实验效率。TRACeR - I 以高度特异性和广泛适配性克服传统免疫治疗核心瓶颈，精确识别 MHC I - 抗原复合体，覆盖多种 HLA 亚型和多样化抗原靶点，为个性化治疗与群体普适性治疗搭建桥梁，尤其适用于癌症和传染病等高异质性疾病，应对肿瘤免疫逃逸和病毒突变更灵活。
其开发方法结合计算建模和高通量筛选，数天完成从设计到验证流程，提高新型免疫治疗工具研发效率，为多抗原靶向治疗奠定技术基础。
未来，TRACeR - I 在 BiTE 和 CAR - T 应用基础上有望扩展至更多免疫治疗形式，在诊断、疾病监测和基础研究中的应用潜力也将推动精准医学进步，如早期癌症诊断等，为疾病治疗和研究带来更多可能。
Du H, Mallik L, Hwang D, Sun Y, Kaku C, Hoces D, Sun SM, Ghinnagow R, Carro SD, Phan HAT, Gupta S, Blackson W, Lee H, Choe CA, Dersh D, Liu J, Bell B, Yang H, Papadaki GF, Young MC, Zhou E, El Nesr G, Goli KD, Eisenlohr LC, Minn AJ, Hernandez - Lopez RA, Jardine JG, Sgourakis NG, Huang PS. Targeting peptide antigens using a multiallelic MHC I - binding system. Nat Biotechnol. 2024 Dec 13. doi: 10.1038/s41587 - 024 - 02505 - 8. Epub ahead of print. PMID: 39672954.
来源：医学顾事