《Nature》CRISPR-Cas9筛选技术识别T细胞分化节点，提高癌症杀伤

T细胞用于过继细胞治疗(ACT)以靶向和杀死癌细胞。在ACT中，嵌合抗原受体(CAR) T细胞在血癌中显示出临床疗效，但在实体瘤中效果不佳。这种疗效差异的部分原因是肿瘤促进了T细胞的衰竭，在这种情况下，细胞在主动杀死癌症方面的效果较差。科学家们表明，他们可以精确地中断分化过程的流动，从而提高抗肿瘤功效。

“T细胞是肿瘤免疫治疗的基石，我们发现了一种重新编程T细胞的新方法，使它们更有效，”圣犹达免疫学系的Hongbo Chi博士说。“我们可以将它们推向一种特殊的状态，这样它们就可以成为更有功能的肿瘤杀伤细胞。”

改变分化流向杀死癌症的T细胞

T细胞分化在概念上类似于河流从山上流下。山顶是前体细胞，山脚下是衰竭细胞。理想的状态是介于这两个极端之间——就像在山中央有一个湖——分化足够，但不是太多，以具有高增殖和有效的抗癌活性。这个湖从上面吸收水，但也有一条小溪不断地将水从山坡上排出。不间断地，湖中所有的水最终都会通过通向下面的河流排出——所有的T细胞都会耗尽。

科学家们找到了一种方法，可以增加从上方流出的水流量，并在排出湖泊的河流中筑坝，从而使湖中积聚更多的水，或者更恰当地说，产生更多有效杀死肿瘤的T细胞。例如，当研究人员删除转录因子ETS原癌基因1 (ETS1)时，通过增强向中间状态的分化(增加流入湖中的流量)，杀死癌症的T细胞的数量增加了。另一方面，敲除免疫球蛋白kappa J区转录因子重组信号结合蛋白(RBPJ)通过阻断终末分化(拦河截湖)增加了中间状态T细胞的积累。两种方法均能显著提高抗肿瘤活性。

更有希望的是，当研究人员将他们改良的T细胞与一种称为免疫检查点阻断的免疫疗法结合起来时，它们进一步提高了抗肿瘤活性。

“我们已经提供了新的潜在策略来增强免疫治疗，”共同第一作者，圣犹达免疫学系的Peipei Zhou博士说。“我们通过将抗癌T细胞与上游前体区分开来，从而增加了它们的数量，我们还可以阻止终端分化，以增加功能性细胞的积累。在我们的免疫检查点阻断模型中，这两种方法都提高了抗肿瘤疗效。”

虽然这项工作是在小鼠模型中完成的，但研究人员使用来自人类临床样本的生物信息学数据来验证这些相同的基因在人类的这些过程中是重要的。

绘制耗竭T细胞的分化历程

T细胞渗入肿瘤，开始破坏肿瘤。研究人员绘制了浸润肿瘤的T细胞中表达的转录因子。他们的工作表明，哪些单独的转录因子及其网络负责每种T细胞分化状态，为改善免疫治疗提供了靶点。

“我们基于高维的功能丧失基因筛选，创建了肿瘤中T细胞分化和耗竭领域的图谱，”圣犹达免疫学系的第一作者Hao Shi博士说。“这张地图将为未来的研究人员提供参考和指导，以确定改进T细胞免疫疗法的方法。”

过去试图了解T细胞衰竭集中在单个分子或转录因子上，而这次的筛选更为全面。这使得研究人员能够完整地记录所涉及的基因调控网络。

“我们已经提供了肿瘤内T细胞转录因子最完整的图像，”Zhou说。

Shi补充说:“这种因果转录网络为谱系分化提供了新的见解，谱系分化是生物学的一个基本过程。”

该小组使用单细胞CRISPR-Cas9筛选技术完成了这项壮举，这是一种基因编辑技术，在综合筛选中选择性地去除转录因子后，分析单个细胞的基因表达谱。转录因子是直接调节基因表达的蛋白质。通过检查单个T细胞的基因表达模式，研究人员可以将它们进行比较，看看哪些被敲除的转录因子对T细胞分化和抗癌活性影响最大。

Chi说:“同样的方法可能更广泛地适用于增加我们在T细胞和免疫学以外的许多生物学背景下的知识。我们展示了这项新技术，单细胞CRISPR在体内筛选，可以推动新的生物学发现。我认为我们正处于一个真正令人兴奋的时代。”

原文：Peipei Zhou, Hao Shi, Hongling Huang, Xiang Sun, Sujing Yuan, Nicole M. Chapman, Jon P. Connelly, Seon Ah Lim, Jordy Saravia, Anil KC, Shondra M. Pruett-Miller, Hongbo Chi. Single-cell CRISPR screens in vivo map T cell fate regulomes in cancer. Nature, 2023