Nature：重磅！对免疫系统进行重编程，有望设计出新一代更高效抵抗血癌和实体瘤的CAR-T细胞疗法

2022年3月18日讯/生物谷BIOON/---美国食品药品管理局（FDA）批准上市的第一批细胞疗法是活的药物：从癌症患者身上提取出来、然后经过经基因改造后靶向攻击肿瘤细胞的免疫细胞。然而，对于许多患者来说，这些先进的疗法并没有带来持久的缓解。如今，在一项新的研究中，来自美国纽约基因组中心和纽约大学的研究人员开发出一种基因筛选平台，以确定能够增强免疫细胞的基因，使它们在体内能够更加持久存在，并提高它们根除肿瘤细胞的能力。相关研究结构于2022年3月16日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A genome-scale screen for synthetic drivers of T cell proliferation”。

在这篇论文中，这些作者描述了合成基因程序的发现，这些基因程序深刻地重塑了一类特定的称为T细胞的免疫细胞，使它们更有效地寻找和对抗癌细胞。在论文通讯作者、纽约基因组中心核心成员、纽约大学生物学助理教授Neville Sanjana博士的领导下，他们剖析了来自人类供者的多个T细胞亚群中近12000个不同基因的影响。这一大规模基因筛选的目的是准确识别那些使T细胞增殖的基因，并了解这些基因如何影响与抗癌有关的免疫细胞功能的其他方面。

以前设计T细胞的努力集中在通过仔细选择癌症或组织特异性蛋白（抗原）来靶向特定的肿瘤类型。自30多年前首次开发以来，嵌合抗原受体（CAR）T细胞（CAR-T）疗法已被证明在靶向血癌细胞方面非常有效，从而产生了多种FDA批准的CAR-T细胞疗法。CAR-T细胞在表面上携带着抗原受体，可以识别存在于癌细胞表面上的特定蛋白，从而靶向摧毁它们。一些患者甚至在接受CAR-T细胞治疗十年后仍无癌症，因为多年前输注到体内的T细胞仍在发挥其作用。但是，生物医学科学面临的主要挑战之一是了解为什么大多数接受CAR-T细胞治疗的癌症患者未能获得持久的缓解。

Sanjana博士解释说，“迄今为止，对T细胞的基因改造一直专注于寻找新的抗原或新的CAR。我们采取了一种完全不同的方法：与其改变抗体，我们认为为什么不尝试添加能将T细胞转化为更积极的癌症斗士的基因？这些引入的基因（下称修饰基因）在血癌中效果很好，我们相信它们很可能对多种抗原和实体瘤起作用。”

通过将筛选中发现的修饰基因与现有的CAR相结合，这些作出能够设计出更有效地消除肿瘤细胞的T细胞。一个特殊的修饰基因，即LTBR（lymphotoxin beta receptor），起着分子青春之泉的作用：有了LTBR，T细胞就会增殖，拥有更大比例的更年轻、更类似干细胞的细胞，并抵制随着时间推移而变得功能衰竭。添加LTBR还使T细胞分泌更多的细胞因子，这对T细胞的抗肿瘤活性至关重要。细胞因子在使T细胞更好地与体内其他免疫细胞沟通并对癌症发起协调攻击方面发挥着重要作用。有趣的是，LTBR在T细胞中通常不表达，这凸显了基因组规模筛选在找到激活全新细胞程序的基因方面的力量。

在原代T细胞中进行人ORF文库筛选，图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04494-7。

论文第一作者、 Sanjana实验室博士后Mateusz Legut博士说，“我们的目标是采用现有的免疫疗法，并使它们变得更好。我们对LTBR如此明显地增强CAR疗法感到吃惊。这是朝着开发下一代CAR-T细胞疗法迈出的重要一步。”

这些作者发现，添加LTBR会重建T细胞的基因组，触发许多其他能增强T细胞功能的基因的表达。他们能够通过结合基因过表达筛选和单细胞基因组学迅速了解LTBR和类似修饰基因的影响。他们开发的新方法---OverCITE-seq---使得他们能够测试不同修饰基因对T细胞细胞状态的影响，其中包括每个基因的表达、装饰细胞表面的蛋白以及每个细胞表达的独特T细胞受体（克隆型）。OverCITE-seq让他们详细了解了每个修饰基因如何提高T细胞活性，并且在单细胞实验中对所有排名靠前的基因都是这样做的。对于LTBR来说，这产生了一个早期线索，即大量的基因正在发生变化，导致他们进一步确定了一个被充分研究的称为NF-kB的基因表达调节因子驱动许多这些变化。这种LTBR驱动的深度重编程也出现在所谓的非常规T细胞中，比如γδT细胞，它们的丰度比常规T细胞低，但可以靶向更多样化的肿瘤。

论文共同作者、纽约大学帕尔马特癌症中心临床淋巴瘤项目主任Catherine Diefenbach博士说，“最令人激动的是证实了LTBR和其他排名靠前的基因改善了CAR-T细胞和γδ T细胞的抗原特异性反应。如果在体外和临床测试中得到验证，这可能对在未来针对淋巴性恶性肿瘤和其他癌症的CAR-T细胞疗法产生深远的影响。”

这些作者还将几种排名靠前的修饰基因与类似于FDA批准的两种现有血癌疗法的CAR-T细胞相结合：tisagenlecleucel（Kymriah）和axicabtagene ciloleucel（Yescarta）。几乎所有测试的修饰基因都提高了CAR-T反应，包括LTBR。由于与来自健康供者的T细胞相比，来自癌症患者的T细胞往往状况不佳，他们还想测试LTBR使来自癌症患者的T细胞恢复活力的能力。他们将LTBR与CAR一起添加到被诊断为弥漫性大B细胞淋巴瘤（一种血癌）患者的功能失调的T细胞中，并发现T细胞功能得到了类似的提升，这表明该技术可以作为一种优化疗法在临床上发挥作用。

英国卡迪夫大学医学院T细胞与免疫疗法专家Andrew Sewell博士（未参与这项新的研究）指出，“T细胞的功能增益筛选具有巨大的潜力，可以发现如何使免疫疗法更加成功---特别是在目前CAR-T细胞疗法效果不佳的实体瘤中。”

这些作者还发现，用修饰基因增强的T细胞不仅能够更好地根除白血病，而且还能根除胰腺癌细胞。这些结果不仅对开发用于治疗血癌的增强型CAR-T疗法是令人鼓舞的，而且它们可能在靶向实体瘤方面发挥关键作用，毕竟在实体瘤治疗领域，建立高效的CAR-T细胞疗法一直是更具挑战性。

Sanjana实验室一直专注于开发新的基因编辑和功能基因组技术，以减少目前免疫疗法的高失败率并建立下一代疗法。鉴于像LTBR这样新表征的修饰基因可以与已经被批准上市的CAR-T细胞疗法协同发挥作用，这项新的研究具有明显的潜力从实验室走向临床应用和改善世界各地癌症患者的治疗效果。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Mateusz Legut et al. A genome-scale screen for synthetic drivers of T cell proliferation. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04494-7.