Nature子刊:CRISPR联手病毒基因!开启全新免疫基因疗法捕获 “逃逸”癌细胞
2019/10/17
一项全新的免疫疗法将基因编辑系统CRISPR与病毒基因疗法相结合,调控多重体内免疫系统,对擅长“伪装”的肿瘤细胞进行识别并攻击。


图片来源:美国国立卫生研究院国家人类基因组研究所,Ernesto del Aguila III

癌症免疫疗法,目前主要包括五类疗法:免疫检查点疗法、细胞疗法、非特异性免疫疗法(如细胞因子等)、癌症疫苗和溶瘤病毒,实现了对某些以逃避免疫系统的识别和杀伤而“苟且偷生”癌细胞的“剿灭”,为此前近乎无药可用的晚期癌症病人带来新的希望。

但是,癌细胞是狡猾的,常常伪装成其他分子来逃避免疫攻击,从而使大部分药物面临施而无效的情况。因此,临床肿瘤医学亟需全新的免疫疗法或延展免疫疗法的患者范围的新方法。

10月15日,耶鲁大学陈斯迪(Sidi Chen)课题组在国际重磅期刊杂志《Nature Immunology》上发表最新研究论文,称已经找到了解决这个问题的方法。


https://doi.org/10.1038/ s41590-019-0500-4.

该团队创造了一项全新的免疫疗法——集成内源基因激活疗法 (MAEGI, Multiplex Activation of Endogenous Genes as Immunotherapy),将基因编辑系统CRISPR与病毒基因疗法相结合,调控多重体内免疫系统,对擅长“伪装”的肿瘤细胞进行识别并攻击。

MAEGI的诞生灵感:激活“伪装”癌细胞

众所周知,抗肿瘤的免疫疗法以识别和杀伤肿瘤相关抗原(TAAs)的特异性来决定其治疗的有效性。然而,在癌症恶化的过程中,肿瘤细胞往往以下调或沉默某些抗原的呈递来“伪装”自己,以逃避免疫系统的识别和攻击。更让人意外地是,肿瘤免疫微环境也会成为“帮凶”,协助更多的癌细胞“越狱”成功。


陈斯迪教授

于是,陈斯迪教授及其团队的研究人员猜想:是否能够存在一种新的免疫疗法,既能“激活”肿瘤细胞表面特异性抗原的表达和呈递,同时又能够“激活”肿瘤微环境以帮助免疫系统识别“伪装”的癌细胞呢?

MAEGI的工作原理:CRISPR技术+病毒基因疗法

在试验这一猜想的过程中,陈斯迪课题组的王广川和Ryan Chow等人发现,CRISPR激活(CRISPRa)系统具有可编程性和高度集成性,不仅可以增强靶向基因中相关抗原的表达和呈递,还可以同时高通量激活多个指定的目标基因表达,实现体内多重特异激活细胞中靶向基因的表达,诱导更强的免疫识别和杀伤。


利用CRISPRa增强TAAs的免疫识别,引发全身免疫反应的实验设计示意图

更让人兴奋的是,研究人员在试验中发现:由CRISPRa系统激活的肿瘤更容易被免疫系统识别,全基因组激活处理的肿瘤在80%以上的小鼠体内都得到了完全的清除。究其原因,研究人员发现,由于被激活的肿瘤在小鼠体内迅速增长,很容易就能够被获得性免疫系统察觉,因此“剿杀”成功也是件容易事儿。

既然解决了“激活”问题,那下面就该考虑“剿杀”问题了,即是如何实现精准的药物投递。


AAV-p-MAEGI实验设计原理图

在这里,研究人员进行了一项三阴乳腺癌小鼠模型试验。他们首先通过全外显子测序找出癌细胞系的所有基因突变;接着设计了靶向肿瘤而不靶向正常细胞的精准激活库(p-MAEGI CRISPRa library);最后以瘤内注射广泛应用于基因治疗临床于研究中的腺相关病毒(AAV)来完成药物投递。

研究结果发现:这样一种药物投递方式,靶向激活了所有产生肿瘤新抗原的突变基因,有44%的原位瘤产生完全/近完全应答,67%的非直接注射的同体非原位瘤产生完全/近完全应答。

令人备受鼓舞的是,接受该疗法治愈的小鼠在术后三个月后仍然可以完全清除同种肿瘤的攻击,也就是与“接种疫苗”一样,有机体内产生了抗肿瘤免疫的长效记忆。

此外,研究人员还发现,MAGEI有效增加了靶基因的表达和抗原呈递,提高了T细胞的效应功能,使CD4和CD8 T细胞进入肿瘤微环境,促进了局部和全身抗肿瘤T细胞的应答。

结语

截止目前,这一全新免疫疗法已在三阴乳腺癌、黑色素瘤和胰腺癌等三种小鼠肿瘤模型中取得良好的治疗效果。陈斯迪教授对此还评价道:“从理论上讲,这个新系统应该可以有效地治疗多种癌症,包括那些目前对免疫疗法有抗药性的癌症。”

未来,对于该疗法的临床转化应用,还有一系列问题有待验证和解决,但其展现出来的潜力值得期待。

参考资料:

[1] Multiplexed activation of endogenous genes by CRISPRa elicits potent antitumor immunity

[2] CRISPR Anticancer Tech Aids Immune System Surveillance and Attack

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