SPRm 200表面等离子体共振显微镜应用于细胞结合异质性的研究

癌症等动态疾病在疾病过程中变得更加异质。由于异质性，恶性肿瘤可能包含具有不同分子特征的细胞。这可能导致疾病部位细胞亚群分布不均匀（空间异质性）或同一群体内细胞的分子组成发生变化（时间异质性）。准确评估异质性恶性细胞对于开发有效的治疗方法至关重要。药物开发的关键步骤是通过确定它们对细胞靶标的亲和力以及异质天然环境中相互作用的动力学来筛选各种候选药物。深入了解二维受体-配体结合动力学对于理解许多生理和病理过程很有帮助，从而为药物设计和发现提供新的策略。

大多数细胞群中都存在一定程度的细胞异质性。此外，细胞间的差异可以显著改变受体-配体结合反应，并且群体的整体行为可能不代表任何单个细胞的行为。这种细胞异质性主要由于基因变化、环境变化和细胞特性变化而产生。

本应用报告重点介绍了 Dong 等人最近研究细胞异质性对结合动力学的影响以及使用 SPRm 200（一种表面等离子体共振显微镜 (SPRM) 仪器）来测量细胞异质性对群体的影响的研究。SPRM 以其独特的无标记测量每个细胞的结合动力学和表型的能力来解决细胞异质性问题。通过这种方式，可以对细胞群体进行统计分析，以确定结合相互作用的异质范围（图 1）并确定结合相互作用的主要模式。
 

图 1 (A) 抗 HER2 抗体与异质 HER2 分子（群体 A - 非糖基化 HER2 和群体 B - 糖基化 HER2）结合的示意图。HER2 上包含一级胺基团的残基表示为黑点，N 连接聚糖表示为绿色珠串。已识别 HER2 细胞外片段上的四个域。在群体 B 中，粘蛋白分子用于表示所有 HER2 邻近蛋白，例如表皮和胰岛素样生长因子受体。(B) 使用 SPRm 200 对异质群体进行结合动力学测量。

本研究检查了人表皮生长因子受体 2 (HER2) 蛋白中发生异常蛋白质糖基化所导致的异质性，HER2 是酪氨酸激酶受体家族的成员，如图 1 所示。HER2 在 25–30% 的乳腺癌中过度表达，可以形成同二聚体或异二聚体（与 HER1、HER3 或 HER4），从而触发一系列激酶/AKT 通路。过去，HER2 一直是单克隆抗体药物赫赛汀和其他抗 HER2 抗体的靶向药物。一些癌症患者由于 HER2 受体被聚糖或大型糖蛋白（如 MUC4）掩盖或物理阻断而产生赫赛汀耐药性。据报道，糖基化的 HER2 与其非糖基化（天然）对应物交联。粘蛋白 4 (MUC4) 是一种大型且高度糖基化的跨膜蛋白，是可以与 HER2 共定位的几种蛋白之一。研究表明，像 MUC4 这样的蛋白的存在会阻碍赫赛汀与 HER2 的结合。根据 MUC4 和其他表皮和胰岛素样生长因子受体的相对位置，结合动力学因细胞而异。因此，HER2 和糖基化的 HER2 分子相对于其他类型的邻近蛋白的排列方式可能千差万别。所有这些都导致了动力学值的细胞间差异（异质性）甚至亚细胞位置之间的差异。虽然纯化蛋白的动力学值可以作为药物开发的良好指导，但很明显，使用基于细胞的方法获得的结果更具生物学意义和药理学相关性，因为它们深入解决了细胞间差异。

表 1 通过抗 HER2 和天然细胞内形式的 HER2 结合相互作用测量的动力学参数

美国Biosensing Instrument Inc. 的 ImageSPR™ 软件用于模拟 SPRM 传感图和细胞异质性的统计分析。天然 HER2 分子（本研究中也包括糖基化）的动力学值在不同细胞之间的差异相对较大。研究表明，细胞表面蛋白通常被严重糖基化，并且推测这种糖基化可能会影响表位的可及性和药物与受体蛋白的结合。本研究中的结合相互作用遵循典型的 1:2 型动力学模型，其中与天然受体的相互作用更强，与糖基化受体的结合较弱（图 2）。非糖基化细胞的结合速率常数 (ka) 更快，这表明糖基化 HER2 上的聚糖阻碍了抗体与结构域 IV 的结合。
 

图 2 (A) SKBR 细胞的明场 (左) 和 SPRM (右) 图像显示了分隔参考区域和细胞覆盖区域的屏障 (红色虚线) 以及用于获取 (B) 中代表性传感图的 ROI (加粗黄色框)。注入的溶液含有 1.00、5.00、10.0、20.0 和 50.0 nM 抗体，红色曲线是基于 1:2 结合模型的模拟传感图。

异质性是细胞系统的基本特性，但由于生物体的许多尺度（从单个分子到整个群体）的总体平均值，信息可能会丢失。因此，了解异质性是关键，因为它可以作为群体生理学的有用读数和对扰动反应的预测指标。此外，了解由于细胞异质性而导致的细胞动力学差异（会影响动力学值的保真度）对于指导药物发现过程以及在临床环境中评估药物功效和相关副作用非常重要。

SPRM 200介绍

• 无标记
• 实时定量
• 细胞膜蛋白原位分析
• 细胞膜上指定区域分析
• 电化学分析