利用單細胞CRISPR篩選發現T細胞分化節點，提高癌癥的殺傷能力

T細胞是參與殺死癌癥的關鍵免疫系統成分。腫瘤產生關閉這些T細胞的信號，部分原因是迫使它們逐漸分化(成熟)到一種被稱為衰竭的功能低下狀態。來自圣猶達兒童研究醫院的科學家們全面研究了與癌癥中T細胞分化狀態有關的轉錄因子。然后，他們利用這些信息通過促進或阻斷t細胞分化來增強臨床前模型的抗癌活性。這一發現對癌癥免疫治療有啟示，發表在《自然》雜志上。

T細胞用于過繼細胞治療(ACT)以靶向和殺死癌細胞。在ACT中，嵌合抗原受體(CAR) T細胞在血癌中顯示出臨床療效，但在實體瘤中效果不佳。這種療效差異的部分原因是腫瘤促進了T細胞的衰竭，在這種情況下，細胞在主動殺死癌癥方面的效果較差。科學家們表明，他們可以精確地中斷分化過程的流動，從而提高抗腫瘤功效。

“T細胞是腫瘤免疫治療的基石，我們發現了一種重新編程T細胞的新方法，使它們更有效，”圣猶達免疫學系的Hongbo Chi博士說。“我們可以將它們推向一種特殊的狀態，這樣它們就可以成為更有功能的腫瘤殺傷細胞。”

改變分化流向殺死癌癥的T細胞

t細胞分化在概念上類似于河流從山上流下。山頂是前體細胞，山腳下是衰竭細胞。理想的狀態是介于這兩個極端之間——就像在山中央有一個湖——分化足夠，但不是太多，以具有高增殖和有效的抗癌活性。這個湖從上面吸收水，但也有一條小溪不斷地將水從山坡上排出。不間斷地，湖中所有的水最終會通過通向下面的河流排出——所有的T細胞都會耗盡。

科學家們找到了一種方法，可以增加從上方流出的水流量，并在排出湖泊的河流中筑壩，從而使湖中積聚更多的水，或者更恰當地說，產生更多有效殺死腫瘤的T細胞。例如，當研究人員刪除轉錄因子ETS原癌基因1 (ETS1)時，通過增強向中間狀態的分化(增加流入湖中的流量)，殺死癌癥的T細胞的數量增加了。另一方面，敲除免疫球蛋白kappa J區轉錄因子重組信號結合蛋白(RBPJ)通過阻斷終末分化(攔河截湖)增加了中間狀態T細胞的積累。兩種方法均能顯著提高抗腫瘤活性。

更有希望的是，當研究人員將他們改良的T細胞與一種稱為免疫檢查點阻斷的免疫療法結合起來時，它們進一步提高了抗腫瘤活性。

“我們已經提供了新的潛在策略來增強免疫治療，”共同**作者，圣猶達免疫學系的Peipei Zhou博士說。“我們通過將抗癌T細胞與上游前體區分開來，從而增加了它們的數量，我們還可以阻止終端分化，以增加功能性細胞的積累。在我們的免疫檢查點阻斷模型中，這兩種方法都提高了抗腫瘤療效。”

雖然這項工作是在小鼠模型中完成的，但研究人員使用來自人類臨床樣本的生物信息學數據來驗證這些相同的基因在人類的這些過程中是重要的。

繪制耗竭T細胞的分化歷程

T細胞滲入腫瘤，開始破壞腫瘤。研究人員繪制了浸潤腫瘤的T細胞中表達的轉錄因子。他們的工作表明，哪些單獨的轉錄因子及其網絡負責每種T細胞分化狀態，為改善免疫治療提供了靶點。

“我們基于高維的功能喪失基因篩選，創建了腫瘤中t細胞分化和耗竭領域的圖譜，”圣猶達免疫學系的**作者Hao Shi博士說。“這張地圖將為未來的研究人員提供參考和指導，以確定改進T細胞免疫療法的方法。”

過去試圖了解t細胞衰竭集中在單個分子或轉錄因子上，而這次的篩選更為全面。這使得研究人員能夠完整地記錄所涉及的基因調控網絡。

“我們已經提供了腫瘤內T細胞轉錄因子最完整的圖像”。

Shi補充說:“這種因果轉錄網絡為譜系分化提供了新的見解，譜系分化是生物學的一個基本過程。”

該小組使用單細胞CRISPR-Cas9篩選技術完成了這項壯舉，這是一種基因編輯技術，在綜合篩選中選擇性地去除轉錄因子后，分析單個細胞的基因表達譜。轉錄因子是直接調節基因表達的蛋白質。通過檢查單個T細胞的基因表達模式，研究人員可以將它們進行比較，看看哪些被敲除的轉錄因子對T細胞分化和抗癌活性影響**。

Chi說:“同樣的方法可能更廣泛地適用于增加我們在T細胞和免疫學以外的許多生物學背景下的知識。”“我們展示了這項新技術，單細胞CRISPR在體內篩選，可以推動新的生物學發現。我認為我們正處于一個真正令人興奮的時代。”

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