高通量分析細胞分泌物遺傳調控因子確定自身免疫性疾病病因和治療方法

狼瘡、類風濕關節炎和炎癥性腸病(IBD)等疾病——以及移植細胞內的衰竭——都是由人體內免疫細胞的細胞因子分泌改變引起的。為了找到治療這些疾病的方法，專家們需要確定分泌的基因調節因子，這樣他們才能探索抑制它們的最有效方法。

一個國際研究小組開發了一種新方法，稱為分泌激活細胞排序和富集(SECRE)，并在《Nature Biomedical Engineering》雜志上發表了一項研究。

文章提到，識別細胞分泌物的遺傳調控因子是一項具有挑戰性的任務，因為它需要根據細胞的分泌模式對大量細胞進行排序。為了解決這個問題，研究人員開發了一種高通量微流體方法，用于分析大量免疫細胞的分泌水平。

該方法與一種全激酶組功能喪失性CRISPR篩選相結合，根據細胞的分泌水平對細胞進行免疫磁分選，并對其基因組進行測序，以識別細胞分泌的關鍵遺傳修飾因子。為了驗證該方法的有效性，研究人員將其與流式細胞術進行了比較，用于檢測來自原發性小鼠CD4+（集群分化4陽性）T細胞的細胞因子分泌。結果發現了一組高度共表達的激酶編碼基因，這些基因調節這些細胞的干擾素-γ分泌。

通過使用RNA干擾、CRISPR敲除和激酶抑制劑，研究人員驗證了所識別的激酶的功能，并通過在動物結腸炎模型中給予激酶抑制劑證實了選定激酶的藥物作用。該技術可能有助于發現免疫細胞活化的調控機制和自身免疫性疾病的治療靶點。

他們已經證明，這種方法在根據分泌模式對數億個經過CRISPR編輯的細胞進行分選方面是準確的，并且可以識別自身免疫性疾病中細胞因子分泌的遺傳調節因子。除此之外，該方法還考慮到已批準和正在開發的治療方法的詳細概況，以確定現有治療方法是否可以以新的方式重新應用。

在這項研究中，研究人員詳細介紹了他們如何在已知在IBD的發展和嚴重程度中發揮重要作用的細胞上驗證他們的方法，并證明它有潛力找到治療影響全球數百萬人的疾病的新方法。

這項研究是由美國西北大學教授、陳-扎克伯格研究所所長Shana Kelley教授領導的英國、美國和加拿大科學家歷時四年左右的項目的成果。這些科學家都是世界領先的疾病診斷和治療新工具工程專家。

普利茅斯大學半島醫學院講師、該方法的主要發明者Mahmoud Labib博士說:“這是一種令人難以置信的新穎方法，可能會為患者、臨床醫生和致力于建立新療法的制藥公司帶來巨大的好處。它使我們能夠根據細胞的分泌模式對大量細胞進行分類，并確定治療靶點，以幫助那些目前幾乎沒有治療選擇的患者。通過我們現有的工作，我們已經證明了它有潛力幫助確定治療各種自身免疫性疾病的方法，但我的工作現在也擴展到癌癥類型，包括一些最具侵襲性的腦腫瘤。”

炎癥性腸病的潛在治療方法

炎癥性腸病(IBD)是一種長期健康狀況，據估計全球約有700萬人受到影響。它的特點是消化道慢性炎癥，可導致嚴重的胃痛和腹瀉，目前還沒有已知的治療方法。

作為驗證他們方法的一部分工作，研究人員檢查了幾種激酶抑制劑對CD4+ T細胞的影響，CD4+ T細胞已知會產生干擾素γ，一種與包括IBD在內的幾種自身免疫性疾病廣泛相關的蛋白質。研究的抑制劑包括XMU-MP1，這是一種小分子，以前曾被研究用于治療心力衰竭、脫發和其他一些疾病。

在這種情況下，研究人員使用XMU-MP1治療一種結腸炎的小鼠，這種結腸炎的細胞分泌特征與IBD患者相似。他們發現，這些小鼠的體重減輕和結腸炎癥狀明顯減輕，而它們的結腸外觀幾乎保持正常，沒有顯示出任何明顯的腸道干細胞損失。

基于這些發現，研究人員表示，他們的結果表明，使用XMU-MP1作為抑制腸道中干擾素γ產生的手段可能是控制IBD的理想手段。他們還說，盡管在將其作為一種治療方法之前，還需要進行廣泛的臨床試驗，但它為治療這種疾病的分子靶向治療提供了一個有希望的未來策略。

分泌激活細胞排序和富集(SECRE)技術捕獲細胞表面分泌的細胞因子。然后用磁性納米顆粒標記這些細胞因子，并在微流體裝置中以高分辨率進行分類，該裝置使用縮放三維打印制造。

該技術能夠根據細胞的分泌模式對細胞進行快速和高通量的分選，這使得它適合大規模的功能遺傳篩選。這種方法還將細胞的功能特征與其表型聯系起來，允許在特定細胞表面標記以及分泌特異性因子的基礎上對特定免疫細胞亞群進行選擇性分選。

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