《Nature Genetics》黑暗基因组研究:新方法大大改善癌症T细胞治疗

研究表明，基因编辑系统CRISPR可以调节T细胞的行为，使它们在不编辑任何基因的情况下成为更好的癌症杀手。

　　

一个基于CRISPR的平台发现了许多基因，这些基因有可能增强用于癌症治疗的T细胞疗法。

杜克大学的研究人员利用先进的CRISPR技术，对人类免疫细胞中的基因功能进行大规模分析。他们发现，基因组中的一个关键调节因子可以对T细胞中的一个庞大的基因网络进行重新编程，从而显著提高T细胞杀死癌细胞的能力。

这种主要的调节因子被称为BATF3，是研究人员发现并测试用于改善T细胞疗法的几个基因之一。这些靶点，以及用来识别、测试和操纵它们的方法，可以使目前正在使用和正在开发的任何T细胞癌症疗法更加有效。结合其他进展，该平台还可以实现通用的、现成的治疗版本，并扩展到其他疾病领域，如自身免疫性疾病。

研究结果最近发表在《自然遗传学》杂志上。

T细胞治疗的挑战和新方法

T细胞疗法是一种已有十年历史的治疗癌症的方法。最近的版本涉及对免疫系统的主要士兵进行重新编程，以寻找并摧毁他们可能忽视的癌细胞。许多公司都在努力改进这项技术，主要是通过使用基因工程技术来指导T细胞如何识别癌细胞，并使它们更有效地消灭癌细胞。

目前有6种fda批准的t细胞疗法用于治疗特定的白血病、淋巴瘤和多发性骨髓瘤。然而，尽管在某些研究中有成功的迹象，但他们的方法目前在应用于实体肿瘤时表现不佳。实体肿瘤通常会给T细胞带来巨大的物理障碍，让它们无法克服，而呈现目标的癌细胞的绝对数量和密度会导致“T细胞衰竭”，让攻击者精疲力竭，以至于它们无法发起抗肿瘤反应。

杜克大学John W. Strohbehn杰出生物医学工程教授Charles Gersbach说:“在某些情况下，T细胞疗法像一种神奇的药物一样起作用，但在大多数情况下，它几乎没有任何作用。我们正在寻找通用的解决方案，通过重新编程它们的基因调控软件，而不是重写或破坏它们的遗传硬件，使这些细胞变得更好。这一证明是克服主要障碍的关键一步，使T细胞疗法在更多癌症类型的更多患者中发挥作用。”

Gersbach和他的实验室在过去几年里一直在开发一种方法，该方法使用基因编辑技术CRISPR-Cas9的一个版本，在不切割基因的情况下探索和调节基因。相反，它改变了包装和储存DNA的结构，影响了伴随基因的活性水平。

BATF3在增强T细胞功能中的作用

在Gersbach实验室工作的博士候选人、该研究的主要作者Sean McCutcheon关注的是当T细胞在不同状态(如功能状态和耗尽状态)之间转换时发生变化的“黑暗基因组”区域。他确定了120个编码“主调节器”的基因，这些基因负责许多其他基因的活性水平。利用CRISPR平台，他上下调节了这些靶标的活性水平，以观察它们如何影响T细胞功能的其他已知标记。

虽然出现了几个有希望的候选基因，但其中最有希望的是一种名为BATF3的基因。当McCutcheon随后将BATF3直接传递给T细胞时，T细胞DNA的包装结构发生了数千次调整，这与增强的效力和抗衰竭能力有关。

McCutcheon说:“使用T细胞对抗癌症的一个已知障碍是，随着时间的推移，它们往往会变得‘疲劳’，失去杀死癌细胞的能力。我们正在通过模仿在临床产品中效果良好的自然发生的细胞状态，确定使T细胞更强大、更有弹性的操作方法。”

研究人员对BATF3进行了一系列测试。在一个小鼠模型中，当他们在T细胞中过度表达BATF3来攻击人类乳腺癌肿瘤时，最有趣的结果出现了。当标准治疗T细胞疗法努力减缓肿瘤生长时，同样剂量的经BATF3改造的T细胞完全根除了肿瘤。

广泛影响和未来研究

虽然BATF3的结果令Gersbach、McCutcheon和团队的其他成员感到兴奋，但他们更热衷于确定和调节主调节因子以提高治疗效果的方法的总体成功，他们已经开发了十年的大部分时间。他们现在可以使用任何T细胞来源或癌症模型，并在模拟临床环境的各种实验条件下，很容易地分析T细胞适应性的主要调节因子。

例如，在本研究的最后一部分，McCutcheon筛选了有或没有BATF3的T细胞，同时使用CRISPR删除了所有其他基因表达的主调控因子——总共超过1600个调控因子。这导致了一组全新的因子的发现，这些因子可以单独靶向或与BATF3结合，以提高T细胞治疗的效力。

Gersbach说:“这项研究的重点是通过这些CRISPR筛选确定的一个特定目标，但现在肖恩和他的团队已经启动并运行了整个发现引擎，我们可以一次又一次地对不同的模型和肿瘤类型进行研究。这项研究提出了许多应用这种方法来增强T细胞治疗的策略，从使用患者自己的T细胞到拥有用于各种癌症的广义T细胞库。我们希望这些技术能够普遍适用于所有战略。”

参考文献:“Transcriptional and epigenetic regulators of human CD8+ T cell function identified through orthogonal CRISPR screens” by Sean R. McCutcheon, Adam M. Swartz, Michael C. Brown, Alejandro Barrera, Christian McRoberts Amador, Keith Siklenka, Lucas Humayun, Maria A. ter Weele, James M. Isaacs, Timothy E. Reddy, Andrew S. Allen, Smita K. Nair, Scott J. Antonia and Charles A. Gersbach, 9 November 2023, Nature Genetics.