新CRISPR-Cas9基因检测技术助力开发新药物靶点以辅助癌症免疫疗法

W. Nicholas Haining博士

2017年7月19日——美国马萨诸塞州波士顿讯

来自丹娜—法伯癌症研究所/波士顿儿童医院癌症和血液疾病中心（Dana-Farber/Boston Children’s Cancer and Blood Disorders Center）的研究小组开发了一种新型检测技术，他们利用CRISPR-Cas9基因编辑技术（CRISPR-Cas9, 全称为常间回文重复序列丛集/常间回文重复序列丛集关联蛋白系统-9），在小鼠模型中对数千个肿瘤基因的功能进行测试。实验发现了新的药物靶点，未来或可用于加强PD-1检查点阻滞剂（checkpoint inhibitors）的药效。PD-1抑制剂是癌症免疫疗法领域里极具潜力的一种药物。

本研究于今日发表在《自然》期刊（Nature）的线上版。由儿科肿瘤学家W.Nicholas Haining博士（W. Nicholas Haining, BM, BCh）带领的丹娜—法伯/波士顿儿童医院团队表示：在肿瘤细胞中剔除Ptpn2基因可让肿瘤细胞更容易受到PD-1检查点抑制剂的攻击。PD-1抑制剂是一种帮助免疫细胞“停止刹车”的药物，它们能够协助免疫细胞定位、摧毁癌症细胞。

“PD-1检查点抑制剂已经变革了诸多种癌症的治疗。然而，尽管这种新型癌症免疫疗法的临床试验大获成功，但是大部分患者并不能从PD-1抑制剂中获得临床上的益处” ，Haining博士说道。他是本研究的资深作者、哈佛医学院（Harvard Medical School）儿科副教授以及博德研究所（Broad Institute）副研究员。 Haining博士表示，正是因为这一点，启发了众多其它的临床试验，以研究其它药物与PD-1抑制剂结合是否能让更多的患者对该疗法起反应。

Hanning博士说道： “目前的挑战是找到最有效的免疫疗法靶点，并把那些与PD-1抑制剂结合时表现最佳的靶点区分出来。因此，我们致力于开发出一种更好的系统，来协助鉴别帮助人体自身免疫系统攻击癌症的新药物靶点” 。

Haining博士补充道： “我们的研究建议：在帮助免疫疗法获得更多成就的路上，布满了一系列可以被用来当做靶点的生物途径，其中有很多都是令人讶异的途径，且是此前我们并不能推测出来的。比如：倘若没有这项检测技术，Ptpn2基因作为癌症免疫疗法的一个有益药物靶点的作用就不会轻易被发现” 。

对数千种潜在靶点进行筛选

为了广泛收集信息，Haining实验室的一位研究生Robert Manguso研发出一种基因检测系统，以甄别那些被癌细胞利用、躲过免疫攻击的基因。Manguso利用了一种名为CRISPR-Cas9的基因编辑技术，系统地筛选出由黑色素瘤皮肤癌症细胞释放出的2368种基因。（注：CRISPR-Cas9基因编辑技术就像一把分子剪刀一样，在基因编码中精确地将DNA分割出来。）随后，Manguso能够鉴别出当哪些基因被剔除以后，致使癌细胞对PD-1抑制剂的攻击更容易起反应。

首先，Manguso对黑色素瘤皮肤癌细胞进行操作，从而使得这些癌细胞都包含Cas9——一种隶属于CRISPR编辑系统的“分割”酶。随后，他利用一种病毒作为输送载体，对每一个细胞与一种不同的“单形导向RNA”的基因编码排序匹配。通过与Cas9酶结合，这些单形导向RNA编码（约为20个氨基酸长度大小）帮助研究组剔除了2368种不同的基因。

通过将肿瘤细胞注入小鼠体内，并用PD-1检查点抑制剂来治疗，Manguso随即能够总结、清算出哪些经过修改的肿瘤细胞得以存活。正因为消失的基因，那些消亡的细胞能够对PD-1抑制剂的作用更敏感。

通过这种技术，Manguso和Haining博士首先确认了PD-L1和CD47两种基因扮演的角色，二者以作为免疫“躲避点”而著称，而针对这两个靶点的药物抑制剂已经展开了临床试验。随后，他们发现：如果能有效地抑制，一系列新的免疫躲避点可以加强PD-1癌症免疫疗法的疗效。其中一种新发现的、极具研究意义的基因就是Ptpn2。

Haining博士说：“Ptpn2基因通常会阻碍那些可能抑制癌细胞的免疫信号输送路径。将Ptpn2记忆剔除，能让那些免疫信号输送路径倾斜升温，从而减缓肿瘤细胞生长的速度，且受到免疫攻击时肿瘤细胞消亡得更容易”。

探索无止境

随着研究小组掌握更新的检测方法，Haining博士的团队正在快速地将他们的研究成果推向新的高度，以开发额外的新型药物，促进免疫疗法的发展。

Haining博士表示，研究团队正在积极扩大研究途径，从一次性地对数以千计的基因排序扩大到对整个基因组进行排序，还有从黑色素瘤延伸到直肠癌、肺癌、肾癌及更多的癌症研究上。为此，他从丹娜—法伯/波士顿儿童医院和博德研究所组建了一个规模更大的科学研究组，旨在攻克伴随着大型排序工作中的技术难关。

同时，尽管会有更多新的具有潜力的药物靶点，Haining博士的团队则通过他们的发现而对Ptpn2基因采取行动。

Haining博士称：“我们正在努力勾勒Ptpn2抑制剂的蓝图。自然而然地，我们设想能否制造一个能够关闭Ptpn2基因的小分子药物（small molecule drug）。”

除Haining博士与Manguso以外，本研究的联合作者还有：Hans W. Pope, Margaret D. Zimmer, Flavian D. Brown, Kathleen B. Yates, Brian C. Miller, Natalie B. Collins, Kevin Bi, Martin W. LaFleur, Vikram R. Juneja, Sarah A. Weiss, Jennifer Lo, David E. Fisher, Diana Miao, Eliezer Van Allen, David E. Root, Arlene H. Sharpe 以及 John G. Doench。

本研究由以下机构支持：哈佛大学和麻省理工学院旗下的博德研究所（Broad Institute of Harvard and MIT，BroadIgnite和BroadNext10奖项），以及美国国立综合医学研究所（National Institute of General Medical Sciences，编号：T32GM007753）。

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