免疫疗法能够治愈一些直到最近才被认为是致命性的癌症。除了开发能够提高免疫系统抗癌能力的药物外，科学家们正在成为操纵患者自己的免疫细胞的专家，将它们变成杀灭癌症的军队。但是癌症有躲避这种攻击的技巧，因此科学家们正在以谋略战胜癌症，并提高免疫细胞疗效的效果。如今的科学家们都是技术娴熟的免疫系统工程师，但是他们是在一个不完整的蓝图上开展研究工作：虽然他们很了解如何对免疫细胞通路进行重编程，但是他们通常无法确切地确定他们应当重新连接哪些通路来让免疫系统变得更加有效。
在一项新的研究中，来自美国加州大学旧金山分校的研究人员设计出一种基于CRISPR的称为SLICE（single guide RNA lentiviral infection with Cas9 protein electroporation, 即利用Cas9蛋白电穿孔进行单向导RNA慢病毒感染）的系统，这种系统将使得科学家们能够快速评估直接从患者体内提取出的“原代”免疫细胞中每个基因的功能。这种新方法为科学家们提供了一个强大的工具，能够在确定如何最好地改造免疫细胞来对抗癌症和一系列其他疾病时指导他们作出决策。相关研究结果于2018年11月15日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Genome-wide CRISPR Screens in Primary Human T Cells Reveal Key Regulators of Immune Function”。论文通讯作者为加州大学旧金山分校微生物学与免疫学副教授Alexander Marson博士。论文第一作者为加州大学旧金山分校的Eric Shifrut 和Julia Carnevale。
图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.10.024。
Marson说，“SLICE允许我们执行全基因组筛选，这样我们让基因组中的每个基因发生突变，以便观察哪些基因对我们感兴趣的细胞行为产生最大的影响。我们在每个细胞中一次改变一个基因并观察哪个改变会导致细胞做我们想让它做的行为。SLICE是一种发现引擎，将给我们指出我们能够进行重编程以便产生最有效的下一代细胞疗法的通路。”
利用SLICE发现可增强杀灭癌症的免疫活性的基因
作为一种概念验证，这些研究人员测试了他们是否能够利用SLICE鉴定出让T细胞---一种常见的免疫细胞类型---更有效地增殖的基因。这对于癌症免疫疗法尤为重要，这是因为癌症免疫疗法利用人工刺激的经过基因改造的T细胞来杀死癌症。到目前为止，这些疗法仅对某些恶性肿瘤有效，不过科学家们认为，鉴定出促进T细胞增殖的基因能够让癌症免疫疗法适用于更多的患者。
利用SLICE，这些研究人员能够鉴定出促进T细胞增殖的基因，以及抑制这种增殖的基因。虽然其中的一些基因之前已利用其他的发现方法进行了描述，但是许多基因都是全新的，这表明SLICE能够揭示其他方法未能捕获的关键性的增殖调节因子。
在鉴定出这些基因后，这些研究人员从多个人类供者中获得原代T细胞，并剔除了经发现抑制T细胞增殖的基因。当这些经过CRISPR修饰的T细胞在癌症存在下进行培养时，它们显示出显著改善的癌症杀伤能力，这表明科学家们能够对利用SLICE鉴定出的基因进行编辑，从而将普通的T细胞转化为一种潜在的强效疗法。
战胜癌症防御
不过癌症也有自己的伎俩。癌症免疫疗法经常失败的原因在于肿瘤在所谓的微环境中茁壮成长，这种肿瘤微环境充满了抑制免疫活性并阻止T细胞完全实现其癌症杀伤潜力的化合物。
Carnevale说，“T细胞似乎在肿瘤微环境中‘受到抑制’。我们想要知道SLICE是否能够帮助我们找到一种方法来协助T细胞克服这种抑制。”
这些研究人员发现SLICE确实能够用于激活受到抑制的T细胞。他们利用SLICE鉴定出腺苷（一种在肿瘤微环境中发现的免疫抑制剂）靶向的基因，并发现剔除这些基因允许T细胞增殖，即便在腺苷存在下也是如此。
论文共同作者、加州大学旧金山分校肿瘤学教授Alan Ashworth说，“作为一个灵活的平台，SLICE允许科学家们模拟免疫细胞和肿瘤微环境之间的相互作用。我们已证实SLICE能够帮助人们鉴定出允许免疫细胞逃避它们在肿瘤微环境中遇到的免疫抑制因子的基因。”
SLICE是开发下一代免疫细胞治疗的探索引擎
SLICE建立在Marson实验室近期的一项发现之上。在2018年7月，Marson实验室在Nature期刊上报道，他们利用电穿孔将基于CRISPR的基因编辑构造体运送到免疫细胞中（Nature, Published online: 11 July 2018, doi:10.1038/s41586-018-0326-5，详细报道参见生物谷新闻：Nature：重大突破！无需病毒载体，利用电穿孔成功对人T细胞进行CRISPR基因编辑）。在电穿孔中，细胞受到电击后吸收来自细胞外面的分子。SLICE采用一种混合方法，将Marson实验室的这种电穿孔方法的最佳方面与利用病毒运送CRISPR系统组分的更常规方法结合在一起。一旦SLICE识别出基因组靶标，这种基于电穿孔的CRISPR方法就可用来重新改造这些靶标并对免疫细胞进行重编程，从而提高这些免疫细胞的治疗能力。
SLICE也代表着科学家们用来研究基因功能的现有工具取得重大进展。尽管现有的方法---包括RNA干扰（RNA interference, RNAi）和一些基于CRISPR的方法---已提供了重要的见解，但是它们的使用仅限于通常无法捕获人们最感兴趣的真实生物学特征的细胞系。SLICE可用于研究基因组中不编码蛋白的区域---相比于仅限于基因组中蛋白编码区域的RNAi，这是一个重大进步。
不过最为重要的是，SLICE的潜在应用并不局限于这项研究中描述的内容。Marson说，“考虑到这种方法的灵活性，SLICE可能有朝一日会有助于科学家们构建出具有新型抗病特性的个性化免疫细胞。”
参考资料：Eric Shifrut, Julia Carnevale, Victoria Tobin et al. Genome-wide CRISPR Screens in Primary Human T Cells Reveal Key Regulators of Immune Function. Cell, Published Online: 15 November 2018, doi:10.1016/j.cell.2018.10.024.