细胞疗法新突破：RNA编辑新工具，让CAR-T细胞摆脱耗竭困境

michaelr

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▎药明康德内容团队编辑  

大名鼎鼎的基因组编辑技术CRISPR-Cas9系统，通过对细胞DNA分子的切割和修补，已经带来了许多革命性的医学应用，例如治疗遗传性血液疾病的基因疗法，改造免疫T细胞使其增强肿瘤靶向能力的细胞疗法等。

现在，来自斯坦福大学的生物工程学家亓磊（Stanley Qi）博士和免疫学家Crystal Mackall博士带领团队开发了一种新的基因编辑系统，虽然同样具有CRISPR向导RNA，但靶向的是RNA而非DNA，由核酸酶Cas13d切割信使RNA（mRNA）分子。

这种新工具被命名为MEGA，即多重效应器引导阵列（multiplexed effector guide arrays）。研究团队在顶尖学术期刊《细胞》发表的论文中展示了利用MEGA改进CAR-T细胞的潜力，经过对多种RNA的同时修改，新的CAR-T细胞可以避免常见的耗竭问题，从而有望进一步在实体瘤治疗中发挥作用。

                               
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研究人员指出，在DNA分子上进行编辑是一种永久性的改造，一旦脱靶将带来很大的安全问题，靶向本身寿命较短的mRNA分子调节基因表达，则避免了永久性改变带来的风险，即便发生脱靶，错误也会很快消失，因此可以提供一种更精确且可逆的细胞疗法策略。

此外，不同于Cas9，新平台使用的Cas13d可以很容易同时靶向多个基因，这也是MEGA中“Multiplex”（多重）的优势。活性T细胞产生多种多样的mRNA分子，每种mRNA指导不同的蛋白质产生，而通过Cas13d切割多个mRNA，可以关闭多种蛋白质的产生。实验结果显示，MEGA可以在人类T细胞中一次性关闭多达10个基因。

利用这一策略，研究团队尝试着对CAR-T细胞进行了功能改善。CAR-T细胞疗法已经成功治疗了多种类型的血液癌症，如淋巴瘤、多发性骨髓瘤，但CAR-T细胞经常遇到的一个困境是：T细胞耗竭。意思是在慢性感染或长期被肿瘤激活后，T细胞就会像加班过度的人一样效率极大降低。T细胞耗竭正是CAR-T细胞疗法面对胰腺癌、肺癌等实体瘤时难以发挥功力的主要障碍。

                               
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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]图片来源：123RF

为了“救活”已耗竭的T细胞，研究人员首先利用组合敲低的筛选策略，在可能参与能量生产和糖代谢等细胞功能的数十个基因中找到了调节T细胞抗肿瘤功能的多基因组合。然后，研究人员通过MEGA调整了一组与糖代谢有关的基因，微调其代谢途径中涉及的mRNA表达，促使T细胞改变消耗糖的方式，从快速糖酵解向氧化磷酸化转变。

通过这些调整，T细胞可以在肿瘤部位存活更长时间，并且可以发挥更好的性能。研究人员打比方说，这好比把T细胞从短跑运动员改造成了马拉松运动员。经过实验验证，无论是在体外培养的肿瘤细胞还是癌症模型小鼠体内，经过MEGA改造的CAR-T细胞比未经改造的CAR-T细胞、常规T细胞都要有更持久的耐力，可以更长期地维持T细胞增殖，对肿瘤的清除也更彻底。

                               
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▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）

此外，研究团队还通过MEGA系统进一步开发了以特定药物作为调节开关的策略：CAR-T细胞只有在施加了抗生素甲氧苄啶（trimethoprim）后才开启RNA的变化；当药物消失，细胞又恢复到原来的基因表达。因此，通过改变甲氧苄啶的剂量，研究人员可以精确控制分子通路被激活的时间和方式，而不只是把它们简单的关闭。

有了这种新的工具包，研究人员期待可以真正改善CAR-T细胞疗法，造福更多患者。当然目前这一平台仍处于早期阶段，还有待临床环境的验证。

参考资料：

[1] Victor Tieu et al., (2024) A versatile CRISPR-Cas13d platform for multiplexed transcriptomic regulation and metabolic engineering in primary human T cells. Cell Doi: 10.1016/j.cell.2024.01.035

[3] A new RNA editing tool could enhance cancer treatment. Retrieved Feb. 23, 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1035191