癌癥等動(dòng)態(tài)疾病在疾病過(guò)程中變得更加異質(zhì)。由于異質(zhì)性，惡性腫瘤可能包含具有不同分子特征的細(xì)胞。這可能導(dǎo)致疾病部位細(xì)胞亞群分布不均勻（空間異質(zhì)性）或同一群體內(nèi)細(xì)胞的分子組成發(fā)生變化（時(shí)間異質(zhì)性）。準(zhǔn)確評(píng)估異質(zhì)性惡性細(xì)胞對(duì)于開(kāi)發(fā)有效的治療方法至關(guān)重要。藥物開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵步驟是通過(guò)確定它們對(duì)細(xì)胞靶標(biāo)的親和力以及異質(zhì)天然環(huán)境中相互作用的動(dòng)力學(xué)來(lái)篩選各種候選藥物。深入了解二維受體-配體結(jié)合動(dòng)力學(xué)對(duì)于理解許多生理和病理過(guò)程很有幫助，從而為藥物設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)提供新的策略。

大多數(shù)細(xì)胞群中都存在一定程度的細(xì)胞異質(zhì)性。此外，細(xì)胞間的差異可以顯著改變受體-配體結(jié)合反應(yīng)，并且群體的整體行為可能不代表任何單個(gè)細(xì)胞的行為。這種細(xì)胞異質(zhì)性主要由于基因變化、環(huán)境變化和細(xì)胞特性變化而產(chǎn)生。

本應(yīng)用報(bào)告重點(diǎn)介紹了 Dong 等人最近研究細(xì)胞異質(zhì)性對(duì)結(jié)合動(dòng)力學(xué)的影響以及使用 SPRm 200（一種表面等離子體共振顯微鏡 (SPRM) 儀器）來(lái)測(cè)量細(xì)胞異質(zhì)性對(duì)群體的影響的研究。SPRM 以其獨(dú)特的無(wú)標(biāo)記測(cè)量每個(gè)細(xì)胞的結(jié)合動(dòng)力學(xué)和表型的能力來(lái)解決細(xì)胞異質(zhì)性問(wèn)題。通過(guò)這種方式，可以對(duì)細(xì)胞群體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定結(jié)合相互作用的異質(zhì)范圍（圖 1）并確定結(jié)合相互作用的主要模式。
 

圖 1 (A) 抗 HER2 抗體與異質(zhì) HER2 分子（群體 A - 非糖基化 HER2 和群體 B - 糖基化 HER2）結(jié)合的示意圖。HER2 上包含一級(jí)胺基團(tuán)的殘基表示為黑點(diǎn)，N 連接聚糖表示為綠色珠串。已識(shí)別 HER2 細(xì)胞外片段上的四個(gè)域。在群體 B 中，粘蛋白分子用于表示所有 HER2 鄰近蛋白，例如表皮和胰島素樣生長(zhǎng)因子受體。(B) 使用 SPRm 200 對(duì)異質(zhì)群體進(jìn)行結(jié)合動(dòng)力學(xué)測(cè)量。

本研究檢查了人表皮生長(zhǎng)因子受體 2 (HER2) 蛋白中發(fā)生異常蛋白質(zhì)糖基化所導(dǎo)致的異質(zhì)性，HER2 是酪氨酸激酶受體家族的成員，如圖 1 所示。HER2 在 25–30% 的乳腺癌中過(guò)度表達(dá)，可以形成同二聚體或異二聚體（與 HER1、HER3 或 HER4），從而觸發(fā)一系列激酶/AKT 通路。過(guò)去，HER2 一直是單克隆抗體藥物赫賽汀和其他抗 HER2 抗體的靶向藥物。一些癌癥患者由于 HER2 受體被聚糖或大型糖蛋白（如 MUC4）掩蓋或物理阻斷而產(chǎn)生赫賽汀耐藥性。據(jù)報(bào)道，糖基化的 HER2 與其非糖基化（天然）對(duì)應(yīng)物交聯(lián)。粘蛋白 4 (MUC4) 是一種大型且高度糖基化的跨膜蛋白，是可以與 HER2 共定位的幾種蛋白之一。研究表明，像 MUC4 這樣的蛋白的存在會(huì)阻礙赫賽汀與 HER2 的結(jié)合。根據(jù) MUC4 和其他表皮和胰島素樣生長(zhǎng)因子受體的相對(duì)位置，結(jié)合動(dòng)力學(xué)因細(xì)胞而異。因此，HER2 和糖基化的 HER2 分子相對(duì)于其他類(lèi)型的鄰近蛋白的排列方式可能千差萬(wàn)別。所有這些都導(dǎo)致了動(dòng)力學(xué)值的細(xì)胞間差異（異質(zhì)性）甚至亞細(xì)胞位置之間的差異。雖然純化蛋白的動(dòng)力學(xué)值可以作為藥物開(kāi)發(fā)的良好指導(dǎo)，但很明顯，使用基于細(xì)胞的方法獲得的結(jié)果更具生物學(xué)意義和藥理學(xué)相關(guān)性，因?yàn)樗鼈兩钊虢鉀Q了細(xì)胞間差異。

表 1 通過(guò)抗 HER2 和天然細(xì)胞內(nèi)形式的 HER2 結(jié)合相互作用測(cè)量的動(dòng)力學(xué)參數(shù)

美國(guó)Biosensing Instrument Inc. 的 ImageSPR™ 軟件用于模擬 SPRM 傳感圖和細(xì)胞異質(zhì)性的統(tǒng)計(jì)分析。天然 HER2 分子（本研究中也包括糖基化）的動(dòng)力學(xué)值在不同細(xì)胞之間的差異相對(duì)較大。研究表明，細(xì)胞表面蛋白通常被嚴(yán)重糖基化，并且推測(cè)這種糖基化可能會(huì)影響表位的可及性和藥物與受體蛋白的結(jié)合。本研究中的結(jié)合相互作用遵循典型的 1:2 型動(dòng)力學(xué)模型，其中與天然受體的相互作用更強(qiáng)，與糖基化受體的結(jié)合較弱（圖 2）。非糖基化細(xì)胞的結(jié)合速率常數(shù) (ka) 更快，這表明糖基化 HER2 上的聚糖阻礙了抗體與結(jié)構(gòu)域 IV 的結(jié)合。
 

圖 2 (A) SKBR 細(xì)胞的明場(chǎng) (左) 和 SPRM (右) 圖像顯示了分隔參考區(qū)域和細(xì)胞覆蓋區(qū)域的屏障 (紅色虛線(xiàn)) 以及用于獲取 (B) 中代表性傳感圖的 ROI (加粗黃色框)。注入的溶液含有 1.00、5.00、10.0、20.0 和 50.0 nM 抗體，紅色曲線(xiàn)是基于 1:2 結(jié)合模型的模擬傳感圖。

異質(zhì)性是細(xì)胞系統(tǒng)的基本特性，但由于生物體的許多尺度（從單個(gè)分子到整個(gè)群體）的總體平均值，信息可能會(huì)丟失。因此，了解異質(zhì)性是關(guān)鍵，因?yàn)樗�可以作為群體生理學(xué)的有用讀數(shù)和對(duì)擾動(dòng)反應(yīng)的預(yù)測(cè)指標(biāo)。此外，了解由于細(xì)胞異質(zhì)性而導(dǎo)致的細(xì)胞動(dòng)力學(xué)差異（會(huì)影響動(dòng)力學(xué)值的保真度）對(duì)于指導(dǎo)藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程以及在臨床環(huán)境中評(píng)估藥物功效和相關(guān)副作用非常重要。

SPRM 200介紹

• 無(wú)標(biāo)記
• 實(shí)時(shí)定量
• 細(xì)胞膜蛋白原位分析
• 細(xì)胞膜上指定區(qū)域分析
• 電化學(xué)分析