Cách kháng thể "tái tạo" mục tiêu của nó: tại sao một số anti-CD20 lại gọi bổ sung, trong khi những anti-CD20 khác lại tiêu diệt trực tiếp

Các nhà khoa học đã hình dung chính xác những gì xảy ra với thụ thể CD20 trên tế bào B khi các kháng thể điều trị (rituximab, obinutazumab, v.v.) bám vào nó. Sử dụng phiên bản mới của kính hiển vi siêu phân giải RESI, họ đã quan sát thấy điều này trong toàn bộ tế bào sống ở cấp độ protein riêng lẻ và liên kết mô hình các cụm nano với các cơ chế tác dụng khác nhau của thuốc. Kết quả: các kháng thể "loại I" (ví dụ: rituximab, ofatumumab) lắp ráp CD20 thành các chuỗi dài và các cấu trúc thượng tầng — điều này "cấy" bổ thể tốt hơn. Các kháng thể "loại II" (ví dụ: obinutazumab) bị giới hạn ở các oligomer nhỏ (lên đến tetramer) và cung cấp độc tính tế bào trực tiếp mạnh hơn và tiêu diệt thông qua các tế bào hiệu ứng. Công trình đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Bối cảnh của nghiên cứu

• Tại sao lại là CD20? Kháng thể anti-CD20 là công cụ đắc lực trong điều trị u lympho/bạch cầu tế bào B và một số bệnh tự miễn. Có một số loại thuốc trên thị trường, nhưng chúng hoạt động khác nhau trong tế bào và tạo ra các biểu hiện lâm sàng khác nhau.
• Có hai nhóm cơ chế. Thông thường, có các kháng thể loại I (rituximab, ofatumumab) và loại II (obinutazumab, v.v.). Loại I thường chứa bổ thể (CDC), loại II thường gây chết tế bào trực tiếp và tiêu diệt tế bào thông qua các tế bào hiệu ứng (ADCC/ADCP). Điều này đã được biết đến từ lâu qua các xét nghiệm sinh hóa và chức năng - nhưng lý do chính xác ở cấp độ nanomet vẫn chưa rõ ràng.
• Những gì còn thiếu trong các phương pháp trước đây.
  • Phương pháp miễn dịch huỳnh quang cổ điển và thậm chí nhiều phương pháp siêu phân giải không nhìn thấy "phân tử đơn lẻ" trong màng sống khi các mục tiêu được đóng gói chặt chẽ và năng động.
  • Cryo-EM cung cấp những chi tiết đáng kinh ngạc, nhưng thường nằm ngoài bối cảnh của toàn bộ tế bào sống.
    Do đó, "hình dạng" của CD20 dưới kháng thể (bao gồm các cụm, chuỗi, kích thước) phải được ước tính từ dữ liệu gián tiếp.
• Tại sao hình học lại quan trọng. Bổ thể được “bật” khi C1q đồng thời bắt giữ các miền Fc được định vị chính xác—về cơ bản, đây là vấn đề về khoảng cách và góc. Tương tự, hiệu quả của ADCC/ADCP phụ thuộc vào cách kháng thể phơi bày Fc của nó với các thụ thể tế bào hiệu ứng. Vì vậy, kiến trúc nano của CD20 + kháng thể = chìa khóa để hoạt động.
• Mục tiêu của tác giả là gì? Là chỉ ra trong toàn bộ tế bào sống (tại chỗ) chính xác các anti-CD20 khác nhau tác động như thế nào đến CD20: các oligome và siêu cấu trúc nào phát sinh, điều này liên quan như thế nào đến việc kết hợp và tiêu diệt bổ thể, và liệu có thể kiểm soát cơ chế thông qua thiết kế kháng thể hay không (góc liên kết, bản lề, hóa trị, bispecific).
• Tại sao điều này lại cần thiết trong thực tế?
  • Thiết kế thế hệ tiếp theo: học cách "điều chỉnh tay cầm" của một cấu trúc để có được cơ chế hoạt động mong muốn cho một nhiệm vụ lâm sàng cụ thể hoặc bối cảnh khối u.
  • Sự kết hợp có ý nghĩa: hiểu được loại thuốc “bổ sung” nào phù hợp hơn và loại thuốc “giết người trực tiếp” nào phù hợp hơn.
  • Kiểm soát chất lượng/thuốc sinh học tương tự: có “dấu vân tay” vật lý của cụm thuốc chính xác như một dấu hiệu sinh học của sự tương đương.

Tóm lại: kháng thể điều trị hoạt động không chỉ "theo công thức của cơ chế", mà còn theo hình dạng mà các mục tiêu đặt lên màng. Trước công trình này, chúng tôi không có công cụ nào để quan sát hình dạng này trong một tế bào sống với độ chính xác đến từng phân tử - đây chính là lỗ hổng mà các tác giả đang lấp đầy.

Tại sao điều này lại cần thiết?

Kháng thể kháng CD20 là nền tảng của liệu pháp điều trị u lympho tế bào B và bệnh bạch cầu, đồng thời là phương pháp “tắt” tế bào B trong một số bệnh tự miễn. Chúng tôi biết rằng “loại I” và “loại II” hoạt động khác nhau (bổ sung so với tiêu diệt trực tiếp), nhưng sự khác biệt này trông như thế nào ở cấp độ nanomet trên màng tế bào vẫn chưa rõ ràng. Các phương pháp cổ điển (cryo-EM, STORM, PALM) trên tế bào sống không đạt được độ phân giải “một protein” chính xác cho các phức hợp đặc và động. RESI làm được điều này.

Họ đã làm gì?

• Chúng tôi đã sử dụng 3D-RESI (Tăng cường độ phân giải bằng hình ảnh tuần tự) đa mục tiêu và đánh dấu DNA-PAINT để đồng thời làm nổi bật CD20 và các kháng thể liên quan trên màng tế bào toàn phần. Độ phân giải là mức độ của từng phân tử riêng lẻ trong bối cảnh in situ.
• Chúng tôi đã so sánh loại I (rituximab, ofatumumab, v.v.) và loại II (obinutazumab; cũng như bản sao H299) và phân tích định lượng các oligome CD20 mà chúng tạo thành - dimer, trimer, tetramer và cao hơn.
• Chúng tôi đã kiểm tra mối quan hệ giữa "mô hình" và chức năng: chúng tôi đo lường sự liên kết bổ thể, độc tính tế bào trực tiếp và khả năng tiêu diệt thông qua tế bào hiệu ứng. Chúng tôi cũng thử nghiệm hình dạng của kháng thể (ví dụ: lật các cánh tay Fab trong tế bào T gắn kết CD20×CD3) để hiểu cách tính linh hoạt/hướng của bản lề thay đổi chức năng giữa loại I và loại II.

Những phát hiện chính được tóm tắt bằng những từ ngữ đơn giản

• Loại I tạo ra các chuỗi và "nền tảng" của CD20 — ít nhất là các chuỗi hexamer và dài hơn; đây là hình dạng thuận tiện cho C1q, do đó bổ thể sẽ được đưa vào tốt hơn. Ví dụ: rituximab, ofatumumab.
• Loại II chỉ giới hạn ở các cụm nhỏ (thường lên đến tetramer), nhưng có độc tính tế bào trực tiếp cao hơn và khả năng tiêu diệt mạnh hơn thông qua các tế bào hiệu ứng. Ví dụ: obinutazumab.
• Hình học rất quan trọng. Thay đổi tính linh hoạt/hướng của các nhánh Fab của kháng thể bispecific CD20xCD3 và hành vi của nó sẽ chuyển từ "loại II" sang "loại I": sự tập trung CD20 tăng lên và độc tính tế bào trực tiếp tăng lên – một mối quan hệ rõ ràng về cấu trúc-chức năng.

Tại sao điều này lại quan trọng đối với liệu pháp?

• Thiết kế thế hệ tiếp theo: Giờ đây, có thể thiết kế kháng thể dành riêng cho cơ chế mong muốn (bổ sung nhiều hơn hoặc tiêu diệt trực tiếp hơn) bằng cách điều chỉnh góc liên kết, bản lề và hóa trị để đạt được kiến trúc nano CD20 mong muốn.
• Cá nhân hóa và kết hợp. Nếu con đường "bổ sung" hiệu quả hơn ở một khối u cụ thể, nên chọn "loại I" (hoặc kháng thể/kháng thể lưỡng tính tạo nên chuỗi CD20 dài). Nếu cái chết trực tiếp quan trọng hơn, hãy chọn "loại II" và tăng cường nó bằng các con đường hiệu ứng.
• Kiểm soát chất lượng và thuốc sinh học tương tự. RESI cung cấp một bài kiểm tra hình học hiệu quả: một mô hình có thể được đào tạo để nhận dạng "chữ ký" của các oligomer CD20 chính xác và được sử dụng làm đối chứng sinh học trong quá trình phát triển thuốc sinh học tương tự.

Một chút về cơ chế (dành cho những ai quan tâm)

• Theo cryo-EM và hình ảnh mới, loại I (ví dụ: rituximab) liên kết với CD20 ở góc nông, bắc cầu các dimer CD20, tạo ra các chuỗi có nền tảng cho C1q; ofatumumab cũng làm điều tương tự, nhưng với bước nhỏ hơn trong chuỗi và bổ sung "thực vật" thậm chí còn ổn định hơn. Loại II (obinutazumab) có góc dốc hơn và tỷ lệ thành phần khác (1 Fab đến 2 CD20), do đó nó vẫn nằm trong vùng trimer-tetramer.

Những hạn chế và bước tiếp theo

• Đây là các mô hình tế bào được kiểm soát chặt chẽ về điều kiện. Bước tiếp theo là xác nhận các mô hình cụm CD20 chính trong các mẫu khối u nguyên phát và đối chiếu chúng với đáp ứng lâm sàng.
• RESI là một kỹ thuật phức tạp, nhưng nhóm nghiên cứu nhấn mạnh tính linh hoạt của nó: nó có thể lập bản đồ bất kỳ mục tiêu màng nào và các kháng thể của nó—từ EGFR/HER2 đến PD-L1—và cũng liên kết kiến trúc nano với chức năng.

Phần kết luận

Kháng thể hoạt động không chỉ "theo công thức của cơ chế", mà còn theo hình dạng mà chúng áp đặt lên thụ thể trên màng. Việc quan sát hình dạng này đã trở nên khả thi - và điều này mở đường cho việc thiết kế các chế phẩm miễn dịch chính xác hơn, trong đó hiệu quả lâm sàng mong muốn được đặt ở mức nanomet.

Nguồn nghiên cứu: Pachmayr I. và cộng sự. Giải quyết cơ sở cấu trúc của chức năng kháng thể điều trị trong liệu pháp miễn dịch ung thư với RESI. Nature Communications, ngày 23 tháng 7 năm 2025. doi.org/10.1038/s41467-025-61893-w