近年來(lái)，科學(xué)家們利用基因修飾技術(shù)將免疫細(xì)胞重編程為可以攻擊癌癥的療法。但這類免疫療法并非對(duì)所有患者或所有癌癥類型都有效，而且篩選每一種可能改善這些經(jīng)過(guò)重編程的免疫細(xì)胞的基因變化組合是一項(xiàng)艱巨而緩慢的任務(wù)。

如今，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)格拉斯通研究所和加州大學(xué)舊金山分校的研究人員開發(fā)出了一種技術(shù)，能讓他們快速“拼接”出數(shù)千種不同的基因編輯組合，以便在免疫細(xì)胞中進(jìn)行測(cè)試。他們利用這項(xiàng)名為“模塊化集合基因敲除篩選（Modular Pooled Knockin Screening, ModPoKI）”的篩選技術(shù)，確定了一種新的基因組合，當(dāng)將這種基因組合加入免疫細(xì)胞后，能使這些細(xì)胞的壽命更長(zhǎng)，抗癌效果更好。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2023年9月14日的Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Modular pooled discovery of synthetic knockin sequences to program durable cell therapies”。

論文共同通訊作者、格拉斯通-加州大學(xué)舊金山分?；蚪M免疫學(xué)研究所主任Alexander Marson博士說(shuō)，“這是我們向前邁出的重要一步，我們有能力提出關(guān)于如何將基因程序的片段組合到細(xì)胞中并測(cè)試它們?nèi)绾螌?duì)患者有利的問(wèn)題。我認(rèn)為這將加速開發(fā)更好的細(xì)胞療法?！?/p>

論文共同作者、斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)系助理教授Ansuman Satpathy博士補(bǔ)充說(shuō)，“這項(xiàng)新的研究展示了利用高通量基因組學(xué)發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)細(xì)胞療法中新型分子程序的能力，并進(jìn)一步了解了這些程序?qū)⑺腊┌Y所需的T細(xì)胞狀態(tài)的影響?！?/p>

混合和匹配部件

免疫系統(tǒng)的 T 細(xì)胞在抗癌過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。當(dāng)T細(xì)胞通過(guò)其表面的受體將癌細(xì)胞識(shí)別為外來(lái)細(xì)胞時(shí)，它就會(huì)靶向破壞癌細(xì)胞?？茖W(xué)家們已發(fā)現(xiàn)了如何改變 T 細(xì)胞上的受體---通常是通過(guò)添加編碼人工嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor, CAR）的 DNA 序列來(lái)實(shí)現(xiàn)---這樣 T 細(xì)胞就能更容易地識(shí)別和消滅癌細(xì)胞。

在CAR-T 細(xì)胞療法中，癌癥患者的 T 細(xì)胞會(huì)通過(guò)抽血提取，然后在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)它們進(jìn)行基因重編程以便引入這些新的 CAR 受體，并重新將它們輸注到患者的血液中。然而，許多CAR-T細(xì)胞療法仍有局限性：它們通常對(duì)實(shí)體瘤無(wú)效，隨著時(shí)間的推移會(huì)磨損，而且有些CAR不能引起足夠強(qiáng)的免疫反應(yīng)來(lái)殺死癌細(xì)胞。

論文第一作者、Marson實(shí)驗(yàn)室博士后Franziska Blaeschke博士說(shuō)，“CAR-T細(xì)胞在治療白血病和淋巴瘤等血癌方面取得了令人難以置信的成功，但我們?nèi)栽趯ふ覂?yōu)化它們并將其應(yīng)用于其他癌癥的方法。到目前為止，我們一直缺乏一種系統(tǒng)的方法來(lái)發(fā)現(xiàn) T 細(xì)胞中哪些基因變化對(duì)改善 CAR-T 細(xì)胞最有效?！?/p>

為了填補(bǔ)這一空白，這些作者開發(fā)出了 ModPoKI。該技術(shù)將多個(gè)基因組合成長(zhǎng)長(zhǎng)的 DNA 片段，用于 CRISPR 基因編輯平臺(tái)。他們利用這一工具，通過(guò)將數(shù)百個(gè)基因與編碼特定 CAR 的 DNA 混合在一起，創(chuàng)造出這些 DNA 長(zhǎng)段的約 1 萬(wàn)種潛在組合。然后，他們利用CRISPR將拼接在一起的DNA序列粘貼到T細(xì)胞基因組中的一個(gè)確定位置。

圖片來(lái)自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.08.013。

每個(gè)T細(xì)胞都接受了不同的DNA序列，然后這些作者讓這些T細(xì)胞互相競(jìng)賽，看哪個(gè)T細(xì)胞在各種可以預(yù)測(cè)抗腫瘤活性的測(cè)試中表現(xiàn)最好。ModPoKI 生成的每組基因上都有一個(gè)易于讀取的 DNA 條形碼，這樣就可以追蹤哪種基因組合能改善 T 細(xì)胞。

這種類似樂(lè)高積木的能力讓他們能夠在將基因加入細(xì)胞之前，以新的方式組合基因，從而迅速發(fā)現(xiàn)可能改善 CAR-T 細(xì)胞的基因組合，而無(wú)需手動(dòng)選擇和設(shè)計(jì)每種基因組合。

論文共同通訊作者、Marson實(shí)驗(yàn)室前成員Theodore Roth博士說(shuō)，“我們不必單獨(dú)猜測(cè)是什么可以改善細(xì)胞的功能，然后一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行研究，我們可以把這些片段放在一起，然后非常迅速地連續(xù)測(cè)試許多細(xì)胞。這是分子生物學(xué)中非常有用的部分?！?/p>

邁向更好的療法

Marson團(tuán)隊(duì)在這項(xiàng)新研究中添加到細(xì)胞中的基因是表面受體（天然受體和工程受體，旨在向CAR-T細(xì)胞發(fā)送增強(qiáng)的信號(hào)）和轉(zhuǎn)錄因子（開啟和關(guān)閉其他基因）。在分析數(shù)百種表面受體和轉(zhuǎn)錄因子的測(cè)試結(jié)果時(shí)，這些作者發(fā)現(xiàn)不同的CAR可以通過(guò)不同的因素進(jìn)行優(yōu)化。

Blaeschke 說(shuō)，“事實(shí)證明轉(zhuǎn)錄因子并不是萬(wàn)能的。因此，當(dāng)科學(xué)家們?cè)陂_發(fā)新的CAR-T細(xì)胞時(shí)，有必要檢查一下還有哪些其他因素可以優(yōu)化CAR-T細(xì)胞。我們的研究產(chǎn)生了一種圖譜，科學(xué)家們可以使用它將不同的轉(zhuǎn)錄因子與不同的T細(xì)胞受體（T cell receptor, TCR）或CAR結(jié)合起來(lái)?！?/p>

這些作者還確定了兩種似乎經(jīng)常能改善 CAR-T 細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子的組合。這兩種轉(zhuǎn)錄因子---BATF和TFAP4---提高了一種以前曾被開發(fā)用于治療兒童腦瘤的CAR-T細(xì)胞的適應(yīng)性。

Marson說(shuō)，“在實(shí)驗(yàn)室中，帶有 BATF 和 TFAP4 的 ModPoKI 序列使 CAR-T 細(xì)胞顯示出提高抗腫瘤活性的潛力。接下來(lái)，我們需要開展更多的研究工作，以確定添加這些轉(zhuǎn)錄因子是否會(huì)使CAR-T細(xì)胞對(duì)人類癌癥患者更有效?！保?a >生物谷 Bioon.com）

參考資料：

1. Franziska Blaeschke et al. Modular Pooled Discovery of Synthetic Knockin Sequences to Program Durable Cell Therapies. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.08.013.

2. Lego-Like Gene Editing Tool Lets Researchers Improve Cancer Immunotherapy
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