Cell：新型CRISPR成像技术平台Perturb-map或能揭示控制机体肿瘤免疫力的特殊基因

2022年3月21日 讯 /生物谷BIOON/ --尽管CRISPR筛查能帮助发现调节多种细胞内在过程的基因，但现有方法对于识别胞外基因的功能仍然并不理想，尤其是在组织背景下；近日，一篇发表在国际杂志Cell上题为“Spatial CRISPR genomics identifies regulators of the tumor microenvironment”的研究报告中，来自西奈山Icahn医学院等机构的科学家们通过研究开发出了一种新技术，其或能以此前不可能实现的规模和分辨率将特定基因与复杂的肿瘤特征联系起来，相关研究结果或有望帮助开发出针对抗癌药物的新方法。

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这种名为Perturb-map的技术能利用新型遗传条码系统来标记具有不同基因修饰特征的癌细胞，并能对组织中的癌细胞和附近非癌变细胞进行成像；利用这种方法，研究人员或能识别出控制肺部肿瘤生长、免疫组成甚至对免疫疗法产生反应的特殊基因。除了本身含有癌细胞外，肿瘤组织还由多种不同的细胞类型组成，在过去20年里，靶向作用肿瘤中非癌细胞的药物彻底改变了癌症疗法的进展，这其中就包括诸如派姆单抗(Keytruda)和阿特珠单抗(Tecentriq)的免疫疗法，其能开启肿瘤中免疫细胞的表达并能促使其杀灭癌细胞，还包括贝伐珠单抗 (Avastin)，其能改变肿瘤中的血管并让肿瘤饿死。

由于肿瘤的环境对患者的预后有着非常大的影响，因此研究人员就迫切需要找到能被癌症所用来控制局部生态系统的基因，这一信息对于开发新型抗癌药物至关重要，然而，由于肿瘤会表达成百上千个基因，找到靶向基因需要在癌症动物模型中进行非常难以实现的规模型分析，这对于能代表患者机体肿瘤的全部生态系统是非常必要的。多年以来，科学家们一直使用CRISPR基因编辑技术来敲除癌细胞中的基因并研究其功能，DNA测序技术的进展使其能一次使用数千个CRISPRs进行研究成为可能，这样就能对基因组中的每个基因进行研究，然而，这些CRISPR遗传性筛查仅能识别出在癌细胞中发挥作用的基因和功能，这或许就会使得很多关键问题并没有通过遗传筛查所解决，比如癌细胞如何改变肿瘤中免疫细胞的招募和激活等，这是患者对免疫疗法产生反应的关键因素。

文章中，研究人员利用Perturb-map技术发现了两条关键通路，其或许对于肿瘤生长、肿瘤架构和机体免疫细胞的招募有着非常深远的影响，其中一条通路是由细胞因子干扰素γ（IFNγ）所控制，另一条则是由肿瘤生长因子β受体（TGFβR）所控制，研究者发现，当TGFβR2基因或编码IFNγ的调节子SOCS1的基因被从癌细胞中剔除后，肺部肿瘤就会变得更大且更丰富。尽管这两种基因的缺失对肿瘤的生长会产生类似的影响效应，但通过Perturb-map平台对肿瘤进行成像结果或能揭示，SOCS1肿瘤会被T细胞高度浸润，而TGFβR肿瘤则会排斥T细胞，即使当SOCS1和TGFβR肿瘤直接接触时，前者仍然会被浸润，而后者则会被排斥，这或许是一项重要的研究发现，因为机体肿瘤中含有较少免疫细胞的患者对免疫疗法药物的反应较差。

图片来源：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00195-7?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867422001957%3Fshowall%3Dtrue

研究者Brian Brown博士表示，这些研究结果表明，这些基因对肿瘤生态系统的影响是非常局限的，这或许是非常值得注意的一点，因为目前研究人员正在研究很多患者机体的肿瘤都是由遗传上不同的亚克隆所组成，如果特定的基因突变将T细胞排斥在亚克隆区域之外，这或许就能作为对诸如派姆单抗等免疫疗法耐受的“口袋”，目前研究人员仍然并不清楚许多其它基因对肿瘤组成的局部和远端影响，但Perturb-map平台或能帮助科学家们解决这一问题。

Perturb-map技术能帮助研究人员以此前不可能实现的规模帮助识别控制肿瘤环境的特殊基因，这就包括寻找负责招募或重编程预防免疫系统消除肿瘤的细胞的特殊基因，这或许会极大地增强科学家们寻找新型靶点来开发更好的癌症疗法的能力，这一点对于癌症患者也尤为重要。综上，本文研究中研究人员建立了一种新型的Perturb-map平台，其能以单细胞分辨率在组织内实现功能基因组的研究，并能保留组织的空间架构，同时还能揭示癌细胞的TGFβ反应性影响肿瘤微环境的分子机制。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Maxime Dhainaut，Samuel A. Rose，Guray Akturk, et al. Spatial CRISPR genomics identifies regulators of the tumor microenvironment, Cell (2022). DOI: 10.1016/j.cell.2022.02.015