两篇文章报道突破性的CRISPR技术揭示了癌症免疫学的见解

　　

在过去的二十年里，免疫系统因其在对抗癌症中的作用而受到越来越多的关注。随着研究人员对癌症-免疫系统相互作用的了解越来越多，几种抗肿瘤免疫疗法已获得FDA批准，现在经常用于治疗多种癌症类型。

然而，尽管取得了这些进展，免疫系统如何对抗癌症仍有许多未知之处。哈佛医学院布拉瓦尼克研究所免疫学系主任Arlene Sharpe实验室的博士后Martin LaFleur说。

基于CRISPR的基因编辑，即科学家使用十多年前开发的工具修改基因组，已成为生物学发现的支柱，可以相对快速地了解单个基因的功能和新疗法的靶标。

然而，LaFleur说，这种方法并非没有挑战。其中最主要的是，很难在不改变免疫细胞生物学的情况下修改免疫细胞，这阻碍了研究活生物体中免疫细胞行为的全部复杂性的能力。

现在，LaFleur、Sharpe和他们的团队已经成功地绕过了这一障碍，他们以一种新的方式利用CRISPR来研究免疫基因的功能。

他们的工作，在两篇论文中描述——Nature Immunology一篇，Journal of Experimental Medicine 一篇——可能最终对癌症免疫学以及其他由免疫系统功能障碍引起的疾病产生见解。

基于可编程CRISPR的基因编辑于2012年被开发出来，并成为生物学研究的强大工具，其发现者在2020年获得了诺贝尔化学奖。

CRISPR基因编辑系统使用一种叫做Cas-9的酶，它的作用就像一把分子剪刀，可以切断DNA的两条链，从而破坏或破坏基因的功能。为了选择要敲除的基因，该系统使用与该基因匹配的互补RNA片段作为向导。这是一种非常灵活的方法，可以快速剔除和研究几乎任何你想要的基因的功能。

免疫细胞与许多其他类型的细胞相互作用，这些细胞不能在培养皿中很好地模拟，所以作者更倾向于在像鼠这样的生物体中进行免疫研究。这是一种更可靠的方法，可以捕捉细胞间相互作用的复杂性，因为它们发生在体内，而不是在实验室的培养皿中。在体内编辑CRISPR是很困难的，所以免疫细胞通常需要在培养皿中使用这种工具进行修饰。然后将编辑过的细胞放回体内。

然而，只有某些类型的免疫细胞在移植回小鼠体内时才能有效地结合。此外，在培养皿中操纵免疫细胞的实际过程会改变它们的生物学特性，所以一旦它们从体内取出，你可能就不是在研究你真正想研究的东西了。

此外，CRISPR仅用于在一次关闭免疫细胞中的单个基因。但是我们的细胞包含成千上万的基因，那么如果科研人员想在不同的时间在同一动物的不同细胞类型中敲除多个基因呢?这将使得更深入地了解基因的复杂性及其在免疫细胞中的相互作用。

采用一种完全不同的方法来使用CRISPR。不是直接修改感兴趣的免疫细胞，而是修改它们的前体，即在骨髓中发现的产生所有免疫细胞的干细胞。从鼠身上取出这些干细胞，用CRISPR敲除感兴趣的基因，然后将这些干细胞移植到鼠身上，这些老鼠的原生骨髓干细胞已经被移除。称这个系统为嵌合免疫编辑，简称CHIME。

在早期的一项研究中，作者使用CHIME敲除了一种名为Ptpn2的基因，该基因在癌症免疫治疗方面显示出一些希望，这是Sharpe实验室的重点之一。当我们删除免疫细胞亚群中CD8+ T细胞中的一个基因时，它们就能更好地对抗癌症。

在我们的自然免疫学研究中，是否可以修改CHIME，使它更精确，更通用。作者用它来同时敲除几种不同细胞类型中的两个基因;将其应用于单一细胞类型中的特定基因;使用CRISPR来破坏已经回到动物体内的修饰细胞中的基因;还用它在不同的时间点敲除了两个不同的基因。

作者使用了不同的策略，例如将多个引导RNA包装在一起，并使用一种仅在特定情况下(例如当小鼠接受药物时)使基因失效的技巧。最后证明这些策略都是可行的。

最终目标是更好地了解免疫系统，特别是它对抗癌症的能力。希望鼓励强大的抗癌免疫力，这意味着优化免疫细胞对抗肿瘤的方式，但也想让健康的细胞和组织免受免疫攻击。这需要对免疫系统进行非常细致的校准，并且可能是一个棘手的平衡。

此外，这种益处可能不仅仅局限于癌症，还可以应用于许多其他由免疫系统驱动的疾病，包括自身免疫性疾病。

因为刚刚发表了第二篇论文，为使用CRISPR筛选活体动物免疫基因功能的研究领域提供了一个框架。作者框架的核心是在CRISPR编辑的免疫细胞中添加遗传“条形码”，这样就可以在它们在动物体内繁殖和传播时跟踪它们。

希望这个框架和CHIME将为研究人员提供新的工具来研究癌症或他们选择的任何其他疾病模型中的免疫细胞，最终导致新的以免疫为中心的疗法。