利用CRISPR/Cas9构建更有效的CAR-T细胞

【导语】

    自从2011年《Nature》杂志综述:肿瘤免疫疗法时代来临,近几年来免疫疗法可谓势如破竹,在多种癌症治疗上取得重大突破并进入临床阶段。然而,免疫疗法的持久力短,效力不强、安全性低等问题一直让科学家堪忧。其中原因之一在于:面临的这么大CAR的基因片段,要实现基因组的定点精确整合,非常不易。近日《Nature》又发文:美国斯隆凯特林癌症纪念中心利用CRISPR解决了CART精确基因Knock-in的大难题,使得CART更加安全、高效、持久。

在一项新的研究中,来自美国斯隆凯特林癌症纪念中心(Memorial Sloan Kettering Cancer Center)的研究人员利用CRISPR/Cas9的力量构建出更加强效的嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor, CAR)T细胞(CAR-T细胞),从而增强小鼠体内的肿瘤免疫排斥。这一出乎意料的发现揭示出CAR免疫疗法的一些细节,并且突出展现了利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术推动癌症免疫疗法的潜力。相关研究结果于2017年2月22日发表在Nature期刊上,论文标题为“Targeting a CAR to the TRAC locus with CRISPR/Cas9 enhances tumour rejection”。

 CRISPR/Cas9是一种基因组编辑工具,能够让科学家们精确地切割和操纵细胞中的DNA。在这项新的研究中,这些研究人员证实CRISPR/Cas9技术能够运送CAR基因到T细胞基因组中的特定位点(TCRα链)上。这种精准的方法能够更强有力地构建出CAR-T细胞—它们能够持续更长的时间地杀死肿瘤细胞,这是因为它们更不容易耗竭。这可能潜在地导致在病人体内更加安全地和更加高效地使用这种强大的免疫疗法。

该文章的亮点在于研究人员采用腺相关病毒(AAV)介导的方式,使用CRISPR/Cas9技术首次实现在T细胞特定基因座进行CAR基因的整合,经修饰的T细胞不仅保证了CAR的稳定表达,同时又获得更加强效的肿瘤杀伤活性。CAR基因在这一特定基因座的精确整合使CAR-T细胞避免发生大规模的功能耗竭,从而维持长效的肿瘤细胞杀伤能力。研究者把构建的CAR-T细胞称为TRAC-CAR-T细胞。

采用CRISPR/Cas9技术将CAR定点整合于TCRα链C区基因座 

该方式(AAV介导的方式)与非传统慢病毒载体介导的随机整合形式相比,在体外细胞毒性及增殖活性方面并无二致;然而在体内的急性B淋巴瘤白血病小鼠模型中,TRAC-CAR-T细胞显示出更加强烈更加长效的肿瘤抑制能力,接受TRAC-CAR-T细胞治疗的成瘤小鼠其存活率显著高于其他对照组小鼠; TRAC-CAR-T细胞表现出更低的组成型信号激活及抗原诱导分化(功能衰竭)水平;通过深入的转录水平检测分析发现,该整合位点其内源启动子的调控水平也优于其他位点,确保了CAR基因的持续稳定表达。同时该方式大大降低了CAR-T细胞发生分化或癌化的风险,赋予了CAR-T技术全新的高效性、稳定性、安全性,再次显示了基因编辑技术在肿瘤免疫疗法领域具备的巨大开发潜力和良好发展前景。

TRAC基因座提供细胞表面CAR表达的最佳调节

论文通信作者、斯隆凯特林癌症纪念中心基因转移与基因表达实验室科学家Michel Sadelain博士说,“癌细胞总是无休止地试图躲避治疗,因此我们需要能够制造出与它们相匹配的并且比它们活得更长的CAR-T细胞。这一新的发现证实我们可能能够利用基因组编辑的力量内在地改进这些‘活细胞疗法’。我们迫切地持续探究基因组编辑技术如何可能给我们提供下一代CAR-T细胞疗法。”

TRAC-CAR-T强效的体内治疗效果

【讨论】

利用CRISPR/Cas9技术开展的首批临床试验当前正处于规划阶段。Sadelain博士和他的团队旨在在临床试验中探究这些利用CRISPR/Cas9构建出的CAR-T细胞的安全性和疗效。当前,CAR-T细胞通常是利用一种逆转录病毒或慢病毒技术将CAR基因运送到T细胞中制造出来的。这种运送方法会使得CAR基因随机地插入到这些受体细胞(即T细胞)的基因组中,从而能够导致不想要的遗传副作用。     我们也期待这项技术能够促进T细胞疗法的进一步发展。

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Targeting a CAR to the TRAC locus with CRISPR/Cas9 enhances tumour rejectiondoi:10.1038/nature21405

文章来源:iGEMerCPU