CN109295097B - 一种mrfft2细胞 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MRFFT2细胞及其制备方法,通过抗原表位预测筛选出突变多肽,连接并合成突变多肽表达基因序列;同时构建MVA病毒载体,包装MVA病毒,转染APC细胞,完成特异性MV细胞的改造,体外与从外周血中分离的PBMC共培养,筛选出有效多肽,通过精准有效多肽刺激的第二次冲击,将普通T细胞改造成为具有更精准杀伤能力的RFF细胞,再利用TCR-T技术原理进行了改造,改造后的T细胞在体外用抗体药物进行免疫抑制性信号的封闭,精准的保护了特异性杀伤T细胞免受体内抑制,提高了T细胞对肿瘤细胞的杀伤力。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域,具体涉及一种MRFFT2细胞及其制备方法。
背景技术
目前,在肿瘤的特异性免疫治疗方面,现有的LAK、DC、CIK、DC-CIK细胞和方法基本被证明是无效的,而NK、CAR-NK、TIL等细胞技术还有待成熟,CAR-T细胞在安全性和实体瘤治疗中还有缺陷。现有技术一般通过改造DC细胞,由DC递呈T细胞产生特异杀伤。有些实验室在尝试用病毒做为载体的方法进行转染递呈T细胞,诱导T细胞的特异性杀伤。我们也曾用突变混合多肽直接刺激PBMC,诱导T细胞。还有实验室利用TCR-T技术,靶向递呈MAGE A3抗原。
以上治疗方法并不成熟,尤其是体外诱导DC细胞及DC细胞负载肿瘤抗原技术理论上研究较多,但在具体实施过程中还有许多问题,缺乏明确的、肿瘤细胞发生发展关键的信号传导通路相关分子作为诱导抗原,因为肿瘤抗原不明及肿瘤微环境免疫抑制的障碍,使实现特异性细胞靶向免疫治疗难以顺利实施。另外,有的虽然进行了抗原体外冲击,但没有进行体外共培育和体外扩增,让较为单薄的特异性细胞直接面对复杂的肿瘤免疫微环境,因此,很难起到预期的效果。也有的虽然也可以体外递呈和共培育,但靶点单一(MAGE-3),仅对非小细胞肺癌等个别癌种起效。虽然也有尝试慢毒为载体的方法进行转染递呈,但安全性、方便性不如多肽方式。而简单混合多肽的直接刺激,虽然简单方便,但效率较低。物异性精准多肽的二次刺激不如T细胞受体转导的肿瘤特异性抗原更直接。现有的TCR-T在治疗血液肿瘤和实体肿瘤的解决方案中,缺乏覆盖更多瘤种的精准的TCR。
上述方案均没有考虑T细胞的自我防护技术,使得数量不多的特异性T细胞直接面对强大的肿瘤免疫微环境。
发明内容
本发明通过使用患者外周血进行ctDNA测序或肿瘤组织进行全外显子测序,筛选出突变位点进行抗原表位预测,连接并合成突变多肽表达基因序列;同时构建MVA病毒载体,包装MVA病毒,转染APC细胞,完成特异性MV细胞的改造,体外与从外周血中分离的PBMC共培养,筛选出有效多肽,通过精准有效多肽刺激的第二次冲击,将普通T细胞改造成为具有更精准杀伤能力的RFF细胞,再利用TCR-T技术原理进行了改造,改造后的T细胞在体外用抗体药物进行免疫抑制性信号的封闭,精准的保护了特异性杀伤T细胞免受体内抑制,提高了T细胞对肿瘤细胞的杀伤力。
对于专用名词的解释:
M:MVA病毒转染技术
R:精准多肽二次冲击技术
FF:混合多肽技术
T:TCR-T技术
2:抗体药物体外封闭防护技术
例如:MRFFT2细胞,即经由上述M、R、FF、T、2各项技术方案或技术手段改造而获得的细胞。
MRFFT2细胞改造方案:
1、抗原表位预测
1)使用人源外周血进行ctDNA测序或市售工程细胞系(如H1299、H226、H358、H1563、 H2228、A549、Renca、LLC小鼠Lewis肺癌细胞、CRL-6323B16F1、CRL-2539 4T1、U14小鼠子***细胞、BV-2小鼠小胶质瘤细胞、G422小鼠神经胶质瘤细胞等)进行MHC类型检测和全外显子测序;
2)利用MHC类型和基因突变信息预测抗原表位:以突变的氨基酸位点为中心,向两侧延伸8个氨基酸,将这段17个氨基酸的多肽作为潜在抗原表位;
4)使用预测软件分析潜在抗原表位的IC50,如IC50<1000nM则认为此潜在抗原表位为抗原表位;
2、多肽连接
1)使用前述软件分析任意抗原表位两两相连后接头处的IC50,IC50≥1000nM时认为是弱免疫原性,可以连接;IC50<1000nM时认为是强免疫原性,不能连接;
2)根据上述结果,将弱免疫原性的抗原表位连接在一起,接头处IC50要高于两侧抗原表位的IC50(也就是接头处尽量避免产生强结合抗原);
3、合成多肽
1)将连接后的多肽还原为核酸序列,并进行密码子优化;
2)使用固相合成法合成抗原表位肽的基因序列;或由技术服务公司进行合成;
4、构建表达抗原表位肽的MVA病毒
将上步合成的基因序列构建表达抗原表位肽的MVA病毒表达质粒,进行病毒包装;
5、转染抗原递呈细胞(APC)并与PBMC共培养
1)使用表达抗原表位肽的rMVA病毒转染抗原递呈细胞(包括但不限于:外周血单个核细胞、树突状细胞、中性粒细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞);
2)收集处理完成的APC,以APC:PBMC=1:5-20的比例混合共培养,得到效应细胞;
6、筛选有效的精准多肽,并使用精准多肽再次刺激T细胞
1)离心收集以上方案获得的T细胞,多肽作为抗原直接刺激T细胞筛选精准多肽:
2)设置阳性对照:T细胞+100ng/mL OKT3;阴性对照:T细胞+1640+10%FBS+200U/mL IL2;
3)精准多肽评判标准:
a.阳性对照和阴性对照正常,则说明此数据可信;
b.实验组显著大于阴性对照组的为有效的精准多肽;
7、构建TCR-T细胞
1)对刺激后的T细胞进行CD8、CD137、IFN-γ的染色,并以流式细胞仪进行分选;
2)分选出能够识别精准多肽的特异性细胞,测序确定高频TCR序列并扩增;
3)构建TCR基因表达载体,包装病毒;
4)敲除所述外周血T细胞中原有的TCR基因,转入上步构建的TCR基因,培养即得TCR-T细胞;
8、免疫抑制性信号经抗体药物体外封闭,即得MRFFT2细胞
细胞表面抑制性信号分子包括:PD-1、Tim-3、LAG3、CTLA-4、BTLA、VISTA、CD160、2B4(CD244);
9、构建特异性抗原表达靶细胞及肿瘤模型生存实验。
本发明的有益效果:
1.肿瘤抗原为突变抗原,与其它组织不同,靶点专一性强,不易发生脱靶效应,安全性高;
2.获得的特异性细胞比例高,通常能够识别肿瘤抗原的特异性细胞,在PBMC的分布为0.5%以下,经过MRFFT2方案改造的细胞,识别肿瘤抗原的特异性T细胞(TCR+)比例为50%以上;
3.MRFFT2细胞由于对PD1、CTLA4、TIM3、LAG3等免疫抑制性信号进行封闭操作,对肿瘤的杀伤能力不受限制,杀伤效率更高。
附图说明
图1:MVA病毒转染APC效率检测;其中,1A:对照组,1B:转染组。
图2:MRFF细胞分型检测。
图3:精准多肽的筛选。
图4:流式检测特异性T细胞比例;其中,4A:对照,4B:MRFF方案。
图5:TCR分布频率。
图6:原有TCR的敲除效率检测;其中,6A:敲除后,6B:敲除前。
图7:特异性TCR的表达效率;其中,7A:转染7天后,7B:转染前。
图8:免疫抑制性信号的封闭效果;其中,8A:封闭前,8B:封闭后。
图9:LDH释放检测杀伤效率。
图10:ELISA检测细胞因子IFN-γ的释放。
图11:动物荷瘤模型生存曲线。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明,本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外,实施方案应理解为说明性的,而非限制本发明的范围,本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言,在不背离本发明实质和范围的前提下,对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
1、抗原表位预测
1)使用肺癌患者外周血进行ctDNA测序和HLA分型检测;
2)利用软件对测序信息进行分析:将ctDNA测序结果与正常细胞的基因组相比,筛选出突变位点;
3)以突变的氨基酸位点为中心,向两侧延伸8个氨基酸,将这段17个氨基酸的多肽作为潜在抗原表位;
4)使用预测软件分析潜在抗原表位的IC50(推荐软件:NetMHCpan 3.0、PickPocket、 artificial neural networks(ANN)),如IC50<1000nM则认为此潜在抗原表位为抗原表位。
2、多肽连接
1)使用前述软件分析任意抗原表位两两相连后接头处的IC50,IC50≥1000nM时认为是弱免疫原性,可以连接;IC50<1000nM时认为是强免疫原性,不能连接(此处应考虑3个预测软件的IC50计算结果,当≥2个软件计算的IC50≥1000nM时才能认为是弱免疫原性,当≥2个软件计算的IC50<1000nM时才能认为是强免疫原性);
2)根据上述结果,将抗原表位连接在一起,接头处IC50要高于两侧抗原表位的IC50(也就是接头处尽量避免产生强结合抗原);必要时将弱免疫原性肽做为连接肽将强免疫原性肽间隔;或者添加患者自身氨基酸到接头处,用来降低产生强抗原的可能性。
3、合成多肽
1)将连接后的多肽还原为核酸序列,并进行密码子优化;
连接完成后的核酸序列如果较短(<100bp)可以适当把氨基酸序列进行重复,但是,需要注意还原成基因序列时,应尽量避免基因序列中反向重复、直接重复和镜像重复序列的出现
2)使用固相合成法合成抗原表位肽的基因序列(由技术服务公司进行合成)。
4、构建表达抗原表位肽的MVA病毒
1)构建穿梭质粒:将合成的抗原表位肽基因序列克隆到pIIIdHR-P7.5质粒中;
2)重组MVA病毒构建:CEF细胞(鸡胚成纤维细胞)或者BHK-21细胞(仓鼠肾成纤维细胞)单层生长到70%~90%覆盖率依次感染MVA、转染穿梭质粒,培养获得单层细胞;所述单层细胞通过冻融、破碎获得rMVA溶液;所述rMVA溶液接种到RK-13细胞(兔肾细胞)培养获取rMVA感染RK-13聚集点,挑取所述聚集点筛选纯化得到所需rMVA;清除掉所述rMVA中wtMVA,将rMVA培养于CEF或者BHK-21细胞单层中,筛选不含选择基因 K1L的rMVA,纯化得到rMVA-抗原表位肽,扩增分离得到rMVA-抗原表位肽;
5、转染抗原递呈细胞(APC)并与PBMC共培养
1)使用表达抗原表位肽的rMVA病毒转染抗原递呈细胞(包括但不限于:外周血单个核细胞、树突状细胞、中性粒细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞);
2)将抗原递呈细胞(APC)以1-10×106/mL铺入6-24孔板中;
3)将表达抗原多肽的rMVA病毒以MOI=0.1-2感染APC,感染2-24h后,每孔加入0.5-2mL 含100-2000IU/mL IL-2、10-100ng/ml hTNF-α、1000-5000IU/mL IL-6和10-100ng/mL IL-1β的1-20%FBS AIM V培养基,继续培养2-48h;
4)收集处理完成的APC,以APC:PBMC=1:5-20的比例混合,PBMC约为5×107,加入50mL OKM100培养基到T75细胞培养瓶中,放入30-37℃细胞培养箱中培养14天,即获得MFF方案效应细胞。
6、筛选有效的精准多肽
多肽作为抗原直接刺激效应细胞筛选精准多肽:
1)离心收集以上MFF方案细胞,1500rpm离心5min收集T细胞,加入10mL PBS重悬细胞并计数,1500rpm离心5min,收集T细胞以1640+10%FBS+200U/mL IL2重悬,计数调整至1×106cells/mL;
2)以排枪将T细胞分至96孔平底板中,200μL/孔,细胞数为2×105cells;再分别加入 10μL 1mg/mL的突变多肽,终浓度为50μg/mL,每条多肽设置3复孔;
3)设置阳性对照:T细胞+100ng/mL OKT3;阴性对照:1640+10%FBS+200U/mL IL2;两个T细胞对照作为本底释放检测,分别为第一次加T细胞,和最后一次加T细胞;以两个本底释放的差异作为***误差;
4)37℃、5%CO2刺激24h后,1500rpm离心10min,转移140μL上清至新的96孔板中;
5)再将96孔板进行离心,1500rpm 10min,取样品进行ELISA检测(或将样品至于-80℃保存);
检测IFN-γ的ELISA***:
1)目前测试过可用于检测IFN-γ的ELISA试剂盒有Biolegend:LEGEND MAX HumanIFN-γELISA Kit with Pre-coated Plates(货号:430107)和达科为:Human IFN-γELISAKit(货号:DKW12-1000-096),请严格按照厂家说明书进行操作;
2)ELISA手动包板***(15块板):Human IFN-gamma DuoSet 15plate(货号:DY285B) ×1,DuoSet ELISA Ancillary Reagent Kit 2(货号:DY008)×3;
精准多肽评判标准:
1)阳性对照和阴性对照正常,则说明此数据可信;
2)实验组显著高于阴性对照组的多肽即为有效的精准多肽。
7、以筛选出的精准多肽二次冲击T细胞
1)PBMC以步骤5培养至第2~14天时,取2×107的效应细胞,加入终浓度为10 μg/mL~100μg/mL的精准多肽,冲击1-4h;
2)冲击4h后,转入OKM25预包板的6孔板中或T25cm2培养瓶,补OKM100+12%FBS,37℃5%CO2培养,根据细胞生长情况,转移至T75培养瓶中,尽量保持细胞密度在1×106cells/mL;
3)进入T175培养瓶中时,培养基为OKM200+5%FBS,培养10~14天即可获得精准多肽二次冲击得到的T细胞,即MRFF细胞;
8、突变抗原特异性杀伤T细胞的培养及分离
1)以筛选出的精准多肽直接作为抗原刺激,对步骤7获得的MRFF细胞进行刺激,刺激12~72h后,备用;
2)对刺激后的T细胞进行CD8、CD137、IFN-γ的染色,并以流式细胞仪进行分选,选择CD8+CD137+、或者CD8+IFN-γ+细胞;
9、CD8+T细胞TCR频率检测及高频TCR的克隆
1)提取分选的CD8+CD137+、或者CD8+IFN-γ+细胞的基因组,进行TCR频率的检测,确定高频的TCR序列;
2)提取分选细胞的mRNA,反转录成从DNA,根据高频TCR的序列,设计引物,扩增得到TCR基因;
3)构建TCR基因表达载体,包装病毒;
10、构建TCR-T细胞
1)复苏PBMC,以磁珠分选CD8+细胞,备用;
2)以CRISPR技术对CD8+T细胞原有的TCR进行基因敲除,检测无TCR表达时,再转入构建的TCR表达载体;
3)将转入TCR基因的CD8+T细胞进行扩增培养,培养至10~21天时,即收获TCR-T细胞。
11、免疫抑制性信号的封闭
1)免疫抑制性信号分子包括:PD-1、Tim-3、LAG3、CTLA-4、BTLA、VISTA、CD160、 2B4(CD244);
2)1000rpm离心5min,收集培养好的TCR-T细胞;
3)以PBS洗一次,1000rpm离心5min,以OKM-200+5%FBS重悬TCR-T,并调整至 1×107/mL;
4)加入抑制性信号分子的单抗药(如PD1/PDL1),终浓度为50~200μg/mL,优选150μg/mL,0~37℃封闭1~4h,优选37℃1h,即得MRFFT2细胞。
12、构建特异性抗原表达靶细胞及肿瘤模型生存实验
1)构建可以表达筛选的精准多肽(特异性抗原)的慢病毒载体。
2)将特异性抗原表达慢病毒载体包装成慢病毒颗粒,感染HLA配型合适的肿瘤细胞,稳定过表达特异性抗原,流式检测表达水平及表达强度。
3)稳定过表达特异性抗原肽的肿瘤细胞系接种NGS小鼠,做异位荷瘤动物模型。将5×105表达特异性抗原的肿瘤细胞悬于100μl生理盐水中,分别皮下注射至30只NSG小鼠的右侧胁肋部皮下,同时对小鼠进行编号。
4)在肿瘤生长至100-120mm3左右时分组回输细胞,根据肿瘤体积大小,将动物模型随机分成三组,每组5-6只小鼠,一组给予安慰剂生理盐水,一组给予没有进行任何遗传操作的T细胞(对照组)1×107,一组给予MRFFT2细胞1×107,首次注射细胞7天后进行第二次注射,7天之后第三次注射细胞,连续观察60天,统计存活数据,绘制生存曲线。
试验结果:
1、突变位点及抗原表位预测
表1为测序检测到的突变位点及抗原表位预测结果;
表1抗原表位预测
2、MVA病毒转染APC效率检测
1)使用表达抗原表位肽的rMVA病毒转染抗原递呈细胞(包括但不限于:外周血单个核细胞、树突状细胞、中性粒细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞);
2)将抗原递呈细胞(APC)以1-10×106/mL铺入6-24孔板中;
3)将表达抗原多肽的rMVA病毒以MOI=0.1-2感染APC,感染2-24h后,每孔加入0.5-2mL 含100-2000IU/mL IL-2、10-100ng/ml hTNF-α、1000-5000IU/mL IL-6和10-100ng/mL IL-1β的1-20%FBS AIM V培养基,继续培养2-48h;
4)使用流式细胞仪检测APC中GFP阳性比例
3、MFF细胞分型检测
MFF方案细胞培养结束后,进行CD4+和CD8+细胞的分型检测,结果如图2所示:CD8+T 细胞为68%,CD4+T细胞为9.45%。
4、以MFF细胞筛选精准多肽
以12条多肽分别刺激培养的T细胞,通过检测IFN-γ的分泌,检测有效的多肽,结果如图3所示:3号的多肽引起的IFN-γ的释放量>阴性对照组的释放量,属于有效精准多肽。
5、对精准多肽特异性的T细胞的鉴定及分选
以筛选的3号多肽,刺激MFF方案细胞,以流式检测对精准多肽特异性的T细胞比例,结果如图4所示,黑色框内为特异性T细胞:MRFF方案细胞,3号多肽引起的释放IFN-γ的细胞比例,明显高于没有刺激的细胞(对照),说明,MRFF方案,可以获得对精准多肽的特异性T细胞;同时以流式细胞仪进行CD8+IFN-γ+细胞(黑色框内)的分选;
6、高频TCR的鉴定及克隆
将分选得到细胞进行基因组的提取,及TCR的测序,TCR的分布情况如图5所示(高频分布的前22),TCR1和TCR17分布频率较高,说明,此TCR与突变抗原密切相关,根据 TCR序列,对TCR进行扩增,构建慢病毒表达载体。
表2 TCRβ链CDR3的序列情况
已知的TCR-α:
氨基酸序列:
碱基序列:
已知TCR-β:
氨基酸:
横线为CDR3序列,需要被替换的序列
替换后的TCR-β:
横线为替换的CDR3序列
7、原有TCR敲除效率的检测
利用CRISPR技术,将PBMC上的原有的TCR进行敲除,结果如图6所示:可有效的减少原有TCR的表达,此时,可进行表达特异性TCR慢病毒的转染。
8、特异性TCR表达情况的检测
以包装特异性TCR的的慢病毒转染PBMC,在第7天时,以流式检测TCR的表达效率,结果如图7所示:构建的TCR可以正常表达,TCR+的细胞比例为25.1%
9、免疫抑制性信号封闭效果
在PBS缓冲体系中加入150μg/mL的荧光标记的单抗药Keytruda,结合情况如图8所示, 90%的细胞可以有效封闭。
10、MRFFT2细胞对靶细胞的杀伤作用
分别以对照细胞和MRFFT2细胞对突变抗原表位来源的靶细胞进行杀伤效率的检测,效靶比设置为40:1,以无处理的细胞作为对照(Mock),结果如图9所示,与对照组相比,MRFFT2 细胞对靶细胞有较强的杀伤效果。
11、MRFFT2细胞释放细胞因子的检测
肿瘤细胞与效应细胞共培养时,由于效应细胞,可以识别肿瘤细胞上突变抗原,因此,会产生一系列的细胞因子,IFN-γ是抗肿瘤作用中最主要的细胞因子之一,图10为MRFFT2 细胞与肿瘤细胞共培养时,细胞比例为1:1,释放的IFN-γ的检测,结果表明:与效应细胞自身产生的IFN-γ相比(T cells only),与肿瘤细胞共培养后,MRFFT2细胞可产生大量的IFN-γ此结果与杀伤实验结果一致说明:表达特异性TCR的T细胞,结合抑制性靶点的敲除可以更有效的提高抗肿瘤能力。
12、构建特异性抗原表达靶细胞及肿瘤模型生存实验
成功构建了特异性抗原表达肿瘤靶细胞系,建立荷瘤动物模型,结果显示(图11),MRFFT2细胞对肿瘤荷瘤小鼠的生存改善具有显著影响作用。
13、临床案例:
某男:60岁
疾病诊断:双肺低分化腺癌;
第一疗程:每个月一次MRFFT2细胞,数量1×109个细胞,共2次;
第二疗程:每半年一次MRFFT2细胞,数量1×109个细胞,共2次;
给药结束后,20个月无进展生存;
其它案例:
患者编号 | 疾病诊断 | 无进展生存时间 |
1 | 肝内胆管癌 | 2016.5-至今 |
2 | 卵巢癌 | 2016.5-至今 |
3 | 卵巢癌 | 2016.7-至今 |
4 | 胃腺癌肝转移 | 2016.8-至今 |
5 | 胃癌 | 2016.8-至今 |
注:“至今”的含意为“申请日前一天”。
Claims (6)
1.一种MRFFT2细胞,其特征在于,所述MRFFT2细胞由以下步骤制备:1)使用肿瘤患者的人源外周血进行ctDNA测序或肿瘤组织进行全外显子测序,筛选出突变位点;2)根据突变位点进行抗原表位预测,合成突变多肽的基因序列;3)构建表达突变多肽的MVA病毒载体,包装MVA病毒;4)转染抗原递呈细胞并与PBMC共培养,获得MFF细胞;5)所述突变多肽作为抗原刺激所述MFF细胞,筛选出有效的精准多肽;所述精准多肽评判标准:设置阳性对照:T细胞+100 ng/mL OKT3;阴性对照:T细胞+1640+10%FBS+200 U/mL IL2;a. 阳性对照和阴性对照正常,则说明此数据可信;b. 实验组显著大于阴性对照组的为有效的精准多肽;6)以所述精准多肽作为抗原刺激所述MFF细胞,筛选出能够识别所述精准多肽的特异性细胞,测序并得到特异性细胞的高频TCR基因;7)敲除外周血T细胞中原有的TCR基因,转入上步获得的能够与精准多肽特异性结合的TCR基因,获得TCR-T细胞;8)细胞表面免疫抑制性信号分子经抗体药物体外封闭,即得MRFFT2细胞。
2.如权利要求1所述的MRFFT2细胞,其特征在于,所述肿瘤患者的人源外周血替换为市售工程细胞系。
3.如权利要求1所述的MRFFT2细胞,其特征在于,所述抗原表位预测是以突变的氨基酸位点为中心,向两侧各延伸8个氨基酸,将这段17个氨基酸的多肽作为潜在抗原表位;使用预测软件分析潜在抗原表位的IC50,如IC50<1000nM则认为此潜在抗原表位为抗原表位。
4.如权利要求1所述的MRFFT2细胞,其特征在于,所述敲除外周血T细胞中原有的TCR基因的方法为CRISPR技术。
5.如权利要求1所述的MRFFT2细胞,其特征在于,所述细胞表面免疫抑制性信号分子包括:PD-1、Tim-3、LAG3、CTLA-4、BTLA、VISTA、CD160、2B4(CD244)。
6.如权利要求1所述的MRFFT2细胞,其特征在于,所述抗原递呈细胞包括:外周血单个核细胞、树突状细胞、中性粒细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞。
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