Cell：開發出SLICE工具，鑒定出人T細胞免疫功能的關鍵調節基因

本文系生物谷原創編譯，歡迎分享，轉載須授權！

免疫療法能夠治癒一些直到最近才被認為是致命性的癌症。除了開發能夠提高免疫系統抗癌能力的藥物外，科學家們正在成為操縱患者自己的免疫細胞的專家，將它們變成殺滅癌症的軍隊。但是癌症有躲避這種攻擊的技巧，因此科學家們正在以謀略戰勝癌症，並提高免疫細胞療效的效果。如今的科學家們都是技術嫻熟的免疫系統工程師，但是他們是在一個不完整的藍圖上開展研究工作：雖然他們很了解如何對免疫細胞通路進行重編程，但是他們通常無法確切地確定他們應當重新連接哪些通路來讓免疫系統變得更加有效。

圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.10.024。

在一項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校的研究人員設計出一種基於CRISPR的稱為SLICE（single guide RNA lentiviral infection with Cas9 protein electroporation, 即利用Cas9蛋白電穿孔進行單嚮導RNA慢病毒感染）的系統，這種系統將使得科學家們能夠快速評估直接從患者體內提取出的「原代」免疫細胞中每個基因的功能。這種新方法為科學家們提供了一個強大的工具，能夠在確定如何最好地改造免疫細胞來對抗癌症和一系列其他疾病時指導他們作出決策。相關研究結果於2018年11月15日在線發表在Cell期刊上，論文標題為「Genome-wide CRISPR Screens in Primary Human T Cells Reveal Key Regulators of Immune Function」。論文通訊作者為加州大學舊金山分校微生物學與免疫學副教授Alexander Marson博士。論文第一作者為加州大學舊金山分校的Eric Shifrut 和Julia Carnevale。

Marson說，「SLICE允許我們執行全基因組篩選，這樣我們讓基因組中的每個基因發生突變，以便觀察哪些基因對我們感興趣的細胞行為產生最大的影響。我們在每個細胞中一次改變一個基因並觀察哪個改變會導致細胞做我們想讓它做的行為。SLICE是一種發現引擎，將給我們指出我們能夠進行重編程以便產生最有效的下一代細胞療法的通路。」

利用SLICE發現可增強殺滅癌症的免疫活性的基因

作為一種概念驗證，這些研究人員測試了他們是否能夠利用SLICE鑒定出讓T細胞---一種常見的免疫細胞類型---更有效地增殖的基因。這對於癌症免疫療法尤為重要，這是因為癌症免疫療法利用人工刺激的經過基因改造的T細胞來殺死癌症。到目前為止，這些療法僅對某些惡性腫瘤有效，不過科學家們認為，鑒定出促進T細胞增殖的基因能夠讓癌症免疫療法適用於更多的患者。

利用SLICE，這些研究人員能夠鑒定出促進T細胞增殖的基因，以及抑制這種增殖的基因。雖然其中的一些基因之前已利用其他的發現方法進行了描述，但是許多基因都是全新的，這表明SLICE能夠揭示其他方法未能捕獲的關鍵性的增殖調節因子。

在鑒定出這些基因後，這些研究人員從多個人類供者中獲得原代T細胞，並剔除了經發現抑制T細胞增殖的基因。當這些經過CRISPR修飾的T細胞在癌症存在下進行培養時，它們顯示出顯著改善的癌症殺傷能力，這表明科學家們能夠對利用SLICE鑒定出的基因進行編輯，從而將普通的T細胞轉化為一種潛在的強效療法。

戰勝癌症防禦

不過癌症也有自己的伎倆。癌症免疫療法經常失敗的原因在於腫瘤在所謂的微環境中茁壯成長，這種腫瘤微環境充滿了抑制免疫活性並阻止T細胞完全實現其癌症殺傷潛力的化合物。

Carnevale說，「T細胞似乎在腫瘤微環境中『受到抑制』。我們想要知道SLICE是否能夠幫助我們找到一種方法來協助T細胞克服這種抑制。」

這些研究人員發現SLICE確實能夠用於激活受到抑制的T細胞。他們利用SLICE鑒定出腺苷（一種在腫瘤微環境中發現的免疫抑製劑）靶向的基因，並發現剔除這些基因允許T細胞增殖，即便在腺苷存在下也是如此。

論文共同作者、加州大學舊金山分校腫瘤學教授Alan Ashworth說，「作為一個靈活的平台，SLICE允許科學家們模擬免疫細胞和腫瘤微環境之間的相互作用。我們已證實SLICE能夠幫助人們鑒定出允許免疫細胞逃避它們在腫瘤微環境中遇到的免疫抑制因子的基因。」

SLICE是開發下一代免疫細胞治療的探索引擎

SLICE建立在Marson實驗室近期的一項發現之上。在2018年7月，Marson實驗室在Nature期刊上報道，他們利用電穿孔將基於CRISPR的基因編輯構造體運送到免疫細胞中（Nature, Published online: 11 July 2018, doi:10.1038/s41586-018-0326-5，詳細報道參見生物谷新聞：Nature：重大突破！無需病毒載體，利用電穿孔成功對人T細胞進行CRISPR基因編輯）。在電穿孔中，細胞受到電擊後吸收來自細胞外面的分子。SLICE採用一種混合方法，將Marson實驗室的這種電穿孔方法的最佳方面與利用病毒運送CRISPR系統組分的更常規方法結合在一起。一旦SLICE識別出基因組靶標，這種基於電穿孔的CRISPR方法就可用來重新改造這些靶標並對免疫細胞進行重編程，從而提高這些免疫細胞的治療能力。

SLICE也代表著科學家們用來研究基因功能的現有工具取得重大進展。儘管現有的方法---包括RNA干擾（RNA interference, RNAi）和一些基於CRISPR的方法---已提供了重要的見解，但是它們的使用僅限於通常無法捕獲人們最感興趣的真實生物學特徵的細胞系。SLICE可用於研究基因組中不編碼蛋白的區域---相比於僅限於基因組中蛋白編碼區域的RNAi，這是一個重大進步。

不過最為重要的是，SLICE的潛在應用並不局限於這項研究中描述的內容。Marson說，「考慮到這種方法的靈活性，SLICE可能有朝一日會有助於科學家們構建出具有新型抗病特性的個性化免疫細胞。」

參考資料：

Eric Shifrut, Julia Carnevale, Victoria Tobin et al. Genome-wide CRISPR Screens in Primary Human T Cells Reveal Key Regulators of Immune Function. Cell, Published Online: 15 November 2018, doi:10.1016/j.cell.2018.10.024.

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！