《Nature》新基因組尺度篩選平臺，以編程免疫系統

帶有條形碼修飾基因的工程T細胞接近腫瘤細胞。

FDA批準的首個基因療法是活的藥物:從癌癥患者身上提取的免疫細胞，設計成靶向腫瘤細胞。然而，對于許多患者來說，這些先進的治療方法并不能帶來持久的緩解。現在，紐約基因組中心(New York Genome Center)和紐約大學(New York University)的科學家們開發了一個基因篩選平臺，以識別能夠增強免疫細胞的基因，使它們更持久，并提高它們根除腫瘤細胞的能力。研究人員在《自然》(Nature)雜志上描述了合成基因程序的發現，該程序深刻地重組了一種名為T細胞的特殊免疫細胞，使它們更有效地發現和抗擊癌細胞。

該研究團隊由紐約基因組中心核心教員、紐約大學生物學助理教授、紐約大學格羅斯曼醫學院神經科學和生理學助理教授Neville Sanjana博士領導，分析了來自人類供體的多個T細胞亞群中近12000個不同基因的影響。這項大規模基因篩查的目的是準確識別那些使T細胞增殖的基因，并了解這些基因如何影響與抗癌相關的免疫細胞功能的其他方面。

以前的T細胞工程主要是通過仔細選擇癌癥或組織特異性蛋白(抗原)來靶向特定類型的腫瘤。自30多年前首次開發以來，嵌合抗原受體(CAR)-T細胞療法已被證明在靶向血癌細胞方面非常有效，導致了多種CAR-T療法獲批。CAR-T細胞的表面有抗原受體，可以識別癌細胞上的特定蛋白質，從而鎖定并摧毀它們。一些患者在接受CAR-T細胞治療后甚至十年都沒有癌癥，因為早在幾年前引入的T細胞仍在發揮作用。但是生物醫學面臨的主要挑戰之一是理解為什么大多數接受CAR-T細胞治療的癌癥患者不能獲得持久的緩解。

通過將篩選出來的修飾基因與現有的CARs結合，研究人員能夠改造T細胞，使其更有效地消除腫瘤細胞。其中一種特殊的修飾基因，淋巴細胞毒素受體(LTBR)，就像青春的分子噴泉:有了LTBR, T細胞就可以繁殖，有更多的年輕細胞，更多的類似干細胞的細胞，并且抵抗隨著時間的推移而衰竭。添加LTBR也會導致T細胞分泌更多的細胞因子，這對T細胞的抗腫瘤活性至關重要。細胞因子在使T細胞更好地與體內其他免疫細胞溝通并協同攻擊癌癥方面發揮著重要作用。有趣的是，LTBR通常在T細胞中不表達，這突出了基因組規模的篩選來發現激活全新細胞程序的基因的能力。

他們開發的新方法——Oversite seq——允許研究人員測試不同修飾基因對T細胞狀態的影響，包括每個基因的表達、細胞表面的蛋白質以及每個細胞表達的獨特T細胞受體（克隆型）。Oversite seq為研究人員提供了每個修飾基因如何增強T細胞活性的詳細圖片，并在一個單細胞實驗中對所有排名靠前的基因進行了增強。對于LTBR來說，這產生了一個早期線索，即大量基因正在發生變化，這導致研究人員進一步確定了一種被稱為NF-kB的研究充分的基因表達調節劑，驅動了其中許多變化。這種LTBR驅動的深度重編程也見于所謂的非常規T細胞，如γδT細胞，其豐度低于常規T細胞，但可針對更多樣化的腫瘤。

該團隊還將一些頂級的基因修飾劑與CARs相結合，類似于兩種現有的FDA批準的血癌治療方法:Tisagenelecluel（Kymriah）和Axicabatagene ciloleucel（Yescarta）。幾乎所有被測試的調節劑都增強了CAR-T反應，包括LTBR。由于來自癌癥患者的T細胞與來自健康捐贈者的T細胞相比處于較差的狀態，研究人員還想測試LTBR使癌癥患者的T細胞恢復活力的能力。他們將LTBR和CAR結合到診斷為彌漫性大B細胞淋巴瘤(一種血癌)的患者的功能失調的T細胞中，發現了類似的T細胞功能增強，這表明該技術可以作為一種優化的臨床治療。

研究團隊還表明，用修飾基因增強的T細胞不僅能更好地根除白血病，還能根除胰腺癌細胞。這些結果不僅有助于開發更大范圍的針對血癌的增強型CAR-T療法，而且有助于它們在靶向實體瘤方面發揮關鍵作用，在這一領域，建立有效的CAR-T免疫療法更具挑戰性。

研究評論

該研究的資深作者Sanjana博士解釋說:“迄今為止，T細胞的基因工程一直專注于尋找新的抗原或新的CARs。我們采取了一種截然不同的方法:與其改變抗體，不如嘗試加入基因，將T細胞轉化為更具攻擊性的抗癌細胞。這些修飾基因在血癌中工作得很好，我們相信它們可能會在多種抗原和實體腫瘤中發揮作用。”

“我們的目標是利用現有的免疫療法，使其變得更好。我們很驚訝，LTBR如此顯著地增強了CAR療法。這是邁向下一代CAR-T細胞治療發展的重要一步。”該研究的第一作者Mateusz Legut博士說，他是Sanjana實驗室的博士后研究員。研究小組發現，添加LTBR可以重新連接T細胞的基因組，從而觸發許多其他增強T細胞功能的基因的表達。該團隊通過將基因過表達篩查與單細胞基因組學相結合，能夠快速了解LTBR和類似修飾基因的作用。

“最令人興奮的方面是LTBR和其他高排名基因改善了嵌合抗原受體T細胞和γδ T細胞的抗原特異性應答。如果在體外和臨床試驗中得到驗證，這可能對未來CAR-T細胞治療淋巴惡性腫瘤和其他癌癥具有深遠的意義，”該研究的合著者Catherine Diefenbach醫學博士說。

Cardiff大學醫學院的T細胞和免疫治療專家Andrew Sewell博士沒有參與這項研究，他指出，“T細胞功能增強篩查有很大潛力揭示如何使免疫治療更成功——尤其是在目前的CAR T細胞治療效果不佳的實體癌中。”