基因新闻 第57页

2018年4月30日讯 /基因宝jiyinbao.com /——一项由德国和丹麦完成的最新研究发现了长非编码RNA表达在肿瘤发展过程中的秘密。这些结果对于明白生命过程中基因表达的动态调控有着重要影响。

细胞被分成了具有特殊功能的几部分。DNA包含遗传信息，位于细胞核中。细胞核又分为可溶性核浆和不可溶的染色体。信使RNA（mRNA）编码蛋白质，这个该过程发生在细胞质中。长非编码RNAs主要在细胞核中发挥作用，它们是控制基因表达的必要组分。

该研究团队尤其关注乳腺癌细胞中增强特殊mRNAs（蛋白质）表达的长非编码RNAs。他们发现长非编码RNAs的表达导致一些涉及肿瘤的蛋白质高表达。

据报道，在肿瘤发展过程中，不仅长非编码RNAs的位置和含量很重要，它们在细胞内的动态分布也很重要。作者发现一种叫做A-ROD的长非编码RNA只有在从染色体上释放到核浆这一过程中才能发挥作用。在这一短暂的时间内，它可以招募转录因子（控制其他基因表达的蛋白质）到达DNA上特殊的位置以增强基因表达。当它完全从染色体释放以后，就不在增强基因表达。也就是说A-ROD 是DNA用于抓住蛋白质的一个套索。

不管是从实验角度还是治疗角度来看，这些结果都是令人兴奋的，因为靶向胞浆、核浆和染色体上的RNA表达差异巨大。研究人员相信可以利用这些不同点以优化靶向依赖RNA过程的的疾病治疗方式。研究人员表示未来的科学目标时发现更多的非编码RNA套索以完全了解它们在调控基因表达方面的潜力和应用。(生物谷Bioon.com)

参考资料：

A non-coding RNA lasso catches proteins in breast cancer cells

2018年5月11日讯 /基因宝jiyinbao.com /——顺铂是一种主要的肿瘤化疗药物，它通过形成Pt-d(GpG)二元加成物破坏癌细胞DNA来杀伤癌细胞。但是它仍然有着严重的副作用，包括肾脏毒性和肝脏毒性，这严重限制了顺铂的使用范围和剂量。时间疗法是在治疗过程中考虑生物钟、通过提高治疗效果或者限制毒副作用以提高治疗指数的方法。

图片来源：CC0 Public Domain

为了研究时间疗法对顺铂的影响，来自北卡罗来那大学教堂山分校、辛辛那提儿童医学中心等机构的研究人员在北卡罗来那大学教堂山分校医学院生物化学和生物物理系Aziz Sancar教授的带领下在单核苷酸水平检测了生物钟对小鼠肾脏和肝脏中顺铂诱导的DNA损伤的剪切修复的影响，相关研究成果于近日发表在《PNAS》上，文章题目为“Cisplatin-DNA adduct repair of transcribed genes is controlled by two circadian programs in mouse tissues”。

研究人员发现基因组的修复由两套生物钟控制。转录链（TS）中活性的生物钟控制的基因修复由每个基因的转录相控制，在昼夜节律周期的黎明和黄昏有明显的高峰期。而所有非转录链（NTS）、基因间DNA的修复以及整体修复在授时因子时间ZT08出现高峰，生物钟控制的基底修复能力也在这个时间出现高峰期。结果就是TS和NTS在以不同时相进行修复。

考虑到许多肿瘤被认为有生物节律缺陷，因此这些结果表明进一步关于顺铂给药时间的研究将可能降低其对健康组织的损伤并提高治疗指数。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Yanyan Yang el al., “Cisplatin-DNA adduct repair of transcribed genes is controlled by two circadian programs in mouse tissues,” PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1804493115

据《日本经济新闻》5月23日报道，日本庆应义塾大学医院将自6月底启动癌症基因组医疗的临床研究，研究癌症患者的基因以使用最佳治疗药物。该医院开发检查癌症相关基因的新技术，将把费用控制在几万日元水平，降至现在的1/10以下。临床研究将以在该医院接受过癌症手术的患者为对象，在3年后确认有效性。

该医院的特聘教授西原广史等人开发出了名为“Precision Rapid”(精准快速)的检查方式，可以检查与癌症相关的160种基因的变异情况。以往只能同时检查3个人的癌症基因，但引进大型设备之后，一次可以检查约100人。该方式将推动基因数据分析的自动化，大幅降低成本。

该医院每年进行约4000例癌症手术，在今后3年时间里，将以1.2万人为对象，免费实施临床研究。医院将建立不分癌症种类、积累患者癌变组织与基因数据等的跨脏器生物样本库(biobank)，以推动癌症治疗和新药研发。如果确认检查方法的有效性，将转为保险治疗(即由保险承担部分费用的医疗)。

日本政府自4月起，以11所设施的核心医院为中心，启动了癌症基因组医疗。不过，能接受基因检查的患者仅限于已没有治疗手段的中期癌症和稀有癌症等的患者，费用也达到约50~100万日元(约合人民币2.9~5.8万元)，非常昂贵。

庆应义塾大学的临床研究以4月1日以后在该院接受癌症手术的患者为对象。如果进入保险治疗，成本将仅为几万日元，大幅降低。西原教授表示，“准确度可能会稍微降低，但通过大幅降低检查费用，从癌症早期阶段检查基因变异成为可能，能够为将来的治疗做好准备”。(生物谷Bioon.com）

基因治疗是二十世纪九十年代发展起来的一种全新的疾病治疗模式，是通过载体将外源基因导入靶细胞，以纠正或改善致病基因所产生的缺陷，达到治疗疾病的目的。根据“Gene Therapy Clinical Trials Worldwide”的统计，至2017年11月，全球范围共开展了2597个临床试验，主要集中于癌症、单基因遗传病以及心血管疾病等方面的治疗。2012年，欧洲首个基因治疗药物Glybera获得批准，成为基因治疗领域的里程碑；2017年，FDA批准3款基因治疗药物上市，截止目前全球已批准8个基因治疗药物，其中我国共批准2个；2018年1月Science杂志发表题为“Gene therapy comes of age”的文章，认为基因治疗迎来了新时代，再次引发医药界对基因治疗药物的广泛关注，大型跨国制药企业也开始向基因治疗研发方面进行实质性投资，基因治疗药物的研发进入快速发展阶段。

裸质粒基因治疗药物的研发现状

裸质粒基因治疗药物是以裸质粒作为目的基因载体开发的药物，是较为常见的一种基因治疗形式。目前全球范围内以裸质粒DNA为载体的基因治疗临床试验共开展了442个，排名第三；与以腺病毒和逆转录病毒为载体的临床试验数量基本相当。同病毒载体相比，裸质粒载体具有免疫原性和毒性更低的优势，不存在基因整合的风险，而且在生产、运输和储存过程中更方便，更有利于大规模生产。经统计，上述临床试验有200多个(占比55%)处于临床Ⅰ期阶段，而进入临床Ⅲ期的只有9个(表1)，其中5个临床Ⅲ期临床试验的目的基因为肝细胞生长因子，表明裸质粒基因治疗药物大部分处于临床研究的早期阶段，且以肝细胞生长因子的裸质粒基因治疗药物研究例数最多，临床进展较快。

重组人肝细胞生长因子裸质粒基因治疗药物的研究进展

肝细胞生长因子(HGF)具有促血管生成作用，临床上可用于缺血性疾病的治疗。目前已进入临床试验阶段的HGF裸质粒基因治疗药物有3个，分别是日本AnGes-MG公司开发的pVAX1-HGF、中国人民解放军军事医学科学院开发的pUDK-HGF、北京诺思兰德生物技术股份有限公司与韩国ViroMed公司合作开发的pCK-HGF-X7。其中，pVAX1-HGF和pUDK-HGF的目的基因均为HGF的cDNA片段，只表达HGF728一种异构体，而pCK-HGF-X7能同时表达HGF728和HGF723两种异构体，更符合正常人体中HGF的分布和作用机理，临床前比较研究结果证实同时表达2种异构体的HGF裸质粒具有更强的生物学活性。

北京诺思兰德生物技术股份有限公司开发的基因治疗药物——pCK-HGF-X7，目前正在中国和美国同时开展Ⅱ/Ⅲ期临床试验。在美国开展的临床试验适应症为外周动脉缺血性疾病(Peripheral ArteryDisease，PAD)、糖尿病周围神经病变(Diabetic PeripheralNeuropathy，DPN)和肌萎缩侧索硬化症(Amyotrophic LateralSclerosis，ALS)。其中pCK-HGF-X7治疗DPN适应症于2018年5月获得FDA再生医学先进疗法认定(Regenerative Medicine Advanced Therapy，RMAT)。RMAT认定是2016年12月美国FDA基于21 世纪治愈法案的新药加速策略，旨在加速用于严重疾病再生医学制品的开发及审批进程。通过RMAT认定，能加速FDA审评时间，有望实现本品的早日上市。在中国开展的临床试验的适应症为严重下肢缺血性疾病(Critical limbischemia，CLI)，是PAD病程的后期阶段，已于2017年10月获得III期临床批件，预计2020年申请上市，目前诺思兰德公司正计划在中国开展其他适应症的开发。(生物谷Bioon.com）

中国农业科学家系统解析了水稻粳稻与籼稻杂种不育问题及遗传特性，发现自私基因系统控制水稻杂种不育，影响稻种基因组的分化，并有望解决水稻杂种不育的难题。该项研究成果于6月8日在国际学术顶级期刊《科学（Science）》杂志上在线发表。该研究由中国农科院作物科学研究所与南京农业大学等单位合作完成，获得科技部的大力支持，得到国家重点研发计划“七大农作物育种”专项“主要农作物优异种质资源形成与演化规律研究”项目(2016YFD0100301)的资助。

自私基因是指双亲杂交后，父本或母本中能控制其自身的DNA片段优先遗传给后代的基因。它使亲本自身的遗传信息能更多、更快地复制，并能更多地传递给子代，其遗传不符合孟德尔遗传规律。万建民团队研究发现，水稻杂种不育性受水稻自私基因位点qHMS7的控制，并发现水稻包含三个紧密连锁的基因ORF1、ORF2和ORF3，其中ORF1基因编码一个未知功能的蛋白；ORF2基因编码一个杀配子的毒性蛋白，以母体效应导致花粉死亡；而ORF3基因编码一个解毒蛋白，以配子体效应保护配子，使携带ORF3基因的花粉可育。在“祖先野生稻-普通野生稻-亚洲栽培稻”的演化过程中，ORF1一直被保留，ORF2从没有毒性功能逐步演变成有毒性功能的类型，ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因复制产生，并获得解毒功能，在随后的稻种驯化过程中被选择传递到亚洲栽培稻品种。研究表明，粳稻品种同时携带毒性的ORF2和解毒的ORF3，而南方野生稻只含有无毒性的ORF2，在其杂种F1中，携带南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保护而死亡，携带粳稻品种基因型的花粉因有ORF3保护而存活，最终导致后代中没有纯合的南方野生稻基因型个体存在，群体分离不符合经典的孟德尔遗传模式。

该研究阐明了自私基因在维持植物基因组的稳定性和促进新物种的形成中的分子机制，探讨了毒性-解毒分子机制在水稻杂种不育上的普遍性，在解决籼粳杂种半不育的难题上取得了突破性进展，为揭示水稻籼粳亚种间杂种雌配子选择性致死的本质提供了理论借鉴，对进一步提高杂交水稻产量具有重大的理论意义。(生物谷Bioon.com）

2018年7月16日/生物谷BIOON/—在一项新的研究中，来自美国伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员首次描述了为什么CRISPR基因编辑有时无法发挥作用，以及如何让它更加高效地发挥作用。相关研究结果发表在2018年7月5日的Molecular Cell期刊上，论文标题为“Enhanced Bacterial Immunity and Mammalian Genome Editing via RNA-Polymerase-Mediated Dislodging of Cas9 from Double-Strand DNA Breaks”。

CRISPR是一种基因编辑工具，它允许科学家们从DNA中切除不需要的基因或遗传物质，有时还允许添加所需的序列或基因。CRISPR使用一种被称作Cas9的酶，Cas9像剪刀一样切除不需要的DNA。一旦在要被去除的双链DNA的任一条链上进行切割，细胞就启动修复从而将被切割的那条DNA链的两端连接在一起，不然细胞就会死亡。

在这项新的研究中，这些研究人员证实当利用CRISPR进行基因编辑遭遇失败（大约在15％的时间发生）时，这通常是由于Cas9蛋白持续地结合到DNA上，这会阻止DNA修复酶进入切割位点。

论文通信作者、伊利诺伊大学芝加哥分校医学院生物化学与分子遗传学副教授Bradley Merrill说，在此之前，人们并不知道为何这个基因编辑过程会随机地遭遇失败。

Merrill说，“我们发现，在Cas9表现差劲的位点上，它仍然与DNA链结合，从而阻止细胞启动修复过程。”他说，这种继续结合的Cas9也无法继续进行额外的DNA切割，从而限制了CRISPR的编辑效率。

Merrill、伊利诺伊大学芝加哥分校研究生Ryan Clarke和他们的同事们也发现在RNA聚合酶不活跃的基因组位点上，Cas9可能也无法有效地发挥作用。

进一步的研究表明引导Cas9仅结合到DNA双链中的一条链会促进Cas9与RNA聚合酶之间的相互作用，从而有助于将无法发挥作用的Cas9转化为一种高效的基因组编辑器。具体而言，他们发现在基因组编辑过程中，Cas9对DNA链的选择保持一致性会迫使RNA聚合酶与Cas9碰撞，从而将Cas9从DNA上撞下来。

Clarke说，“令我感到震惊的是，仅选择一条DNA链而不是另一条DNA链对基因组编辑产生如此强大的影响。揭示这种现象背后的机制有助于我们更好地理解Cas9与基因组的相互作用如何导致某些编辑尝试失败，而且在设计基因组编辑实验时，我们能够从这种理解中获得益处。”

Merrill说，这些研究发现是非常重要的，这是因为在基因组编辑过程中，Cas9和DNA链之间的相互作用已知是一个“限速步骤”。这意味着它是这个基因组编辑过程中最慢的部分；因此，这个步骤发生的变化最有可能影响基因组编辑的总体持续时间。

Merrill说，“如果我们能够减少Cas9与DNA链之间的相互作用时间，这一点我们如今知道如何利用RNA聚合酶加以实现，那么我们就能够减少Cas9的使用量并限制暴露。这意味着我们更有可能限制不良反应或副作用，这对在未来开发出可能影响人类患者的疗法而言是至关重要的。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Ryan Clarke, Robert Heler, Matthew S. MacDougall et al. Enhanced Bacterial Immunity and Mammalian Genome Editing via RNA-Polymerase-Mediated Dislodging of Cas9 from Double-Strand DNA Breaks. Molecular Cell, 5 July 2018, 71(1):42–55, doi:10.1016/j.molcel.2018.06.005.

2018年7月25日 讯 /生物谷BIOON/ –如今CRISPR基因编辑技术正在给医学和生物学研究带来革命性的变化，相比以往的基因编辑技术而言，该技术能帮助科学家们以更高的准确性和稳定性来对DNA进行编辑；但最近一项研究报告中就质疑这项基因编辑技术的精准性。

科学家们进行基因编辑就是希望其能够帮助治愈和纠正某些疾病，而且截至目前为止，也已经有很多成功的报道，比如治疗小鼠耳聋、以及修饰细胞来治疗癌症等。目前有17项临床试验正在对人类疾病运用这项基因编辑技术，包括白血病、脑癌和镰刀细胞贫血症。在将CRISPR技术引入到临床中治疗癌症或先天性障碍之前，研究人员就必须解决该技术的安全性和准确性的问题。

CRISPR技术如何再次发挥作用？

CRISPR基因编辑技术能利用分子剪刀Cas9酶来切割我们想要去切割的DNA，随后我们就能够粘贴DNA来替代我们想要移除的DNA信息，Cas9能通过一种特殊的“向导”来识别人类基因组中的特殊DNA片段。Cas9能在机体中存在数小时乃至数周，其在体内能够剪切并且粘贴其它的DNA片段或者DNA目标片段。

最新研究发现了什么？

最近一项刊登在国际杂志Nature Biotechnology上的研究报告中，来自桑格研究所的研究人员深入分析了Cas9剪刀的准确性，研究人员想要确定是否Cas9的切割和粘贴过程能够足够准确且安全地应用于人类机体中治疗相关的疾病。为了回答这个重要的问题，研究人员仔细检查了小鼠胚胎干细胞和人类细胞中距离其想要切割的目标片段附近的DNA片段，他们发现，当DNA被修复后（新型DNA粘贴到了被切割的片段上），分子剪刀（Cas9）就能够不断地去剪切DNA片段，于是研究人员就在切割位点附近发现了明显的区域，在这一区域中DNA就能够被移除、重排或倒置。

如果DNA片段被移除或倒置的话，基因的修饰就变得非常危险了，其甚至还会引发疾病，虽然这看起来很害怕，但利用新型的测序技术或许就能够解决这一问题。

能否使用不同的剪刀？

目前解决这个问题有以下几种选择，其中一个选择就是从机体中分离出研究人员想要编辑的细胞，然后重新注入研究人员进行正确编辑过的细胞。比如，研究人员就能从体内分离出对杀死癌细胞至关重要的淋巴细胞（白细胞），随后利用CRISPR技术进行修饰就能增强淋巴细胞的抗癌特性。这些细胞的DNA能被详细测序，而且只有被进行准确特异性基因编辑的细胞才会被选择出来，并且重新输回到患者体内来杀灭癌细胞。

虽然这种策略对于从体内分离出来的细胞是有效的，但一些诸如神经元和肌肉等细胞是无法从体内分离出来的，利用Cas9剪刀就无法对这些类型的细胞进行编辑。值得庆幸的是，研究人员还发现，其它CRISPR系统或许并不需要对DNA进行切割，而有些CRISPR系统仅能对RNA进行切割，而并非是DNA。

RNA在被降解之前，其会在细胞的一段特定的时间内存在，随后才会被降解，这就能帮助研究人员很好地控制CRISPR系统的使用和持续时间，目前研究人员发现，CRISPR基因编辑技术能够成功治疗痴呆症的小鼠，类似地，一些CRISPR系统还能改变DNA的碱基，而并非对其进行切割，这种CRISPR技术就能成功用于纠正诱发某些疾病的特殊突变，比如小鼠的遗传性耳聋等。

简言之，在临床上使用CRISPR技术之前，研究人员还需要深入了解更多Cas9剪刀在细胞中的作用。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】What is CRISPR gene editing， and how does it work？

【2】Repair of double-strand breaks induced by CRISPR–Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements

【3】Treatment of autosomal dominant hearing loss by in vivo delivery of genome editing agents

【4】CRISPR-enhanced engineering of therapy-sensitive cancer cells for self-targeting of primary and metastatic tumors

【5】CRISPR genetic editing takes another big step forward， targeting RNA

【6】Gene editing staves off deafness in mice

【7】CRISPR/Cas9 gene editing scissors are less accurate than we thought， but there are fixes

2018年8月7日/生物谷BIOON/—生命是极其多样化的。通过服用抗生素来阻止感染或使用酵母酿造啤酒，我们正在使用通过自然进化产生的有用产品和过程。但是，当我们想要的性状在自然界中无法找到时会发生什么？

在一项新的研究中，来自美国加州大学伯克利分校创新基因组学研究所的研究人员开发出一种利用进化力量的变革型新方法。相关研究结果于2018年8月1日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“CRISPR-guided DNA polymerases enable diversification of all nucleotides in a tunable window”。论文通信作者为加州大学伯克利分校创新基因组学研究所的David Schaffer和John Dueber，论文第一作者为在Schaffer实验室和Dueber实验室从事科研的博士生Shakked Halperin。这些研究人员描述了CRISPR的另一个创造性应用：一种促进细胞内特定基因进化的平台。他们创造性的新系统“EvolvR”让科学家们能够在他们选择的基因中重组DNA碱基，直到找到恰到好处的变异。这种技术开辟了无数的可能性，如通过改造构建出高效地将废物转化为生物燃料的酵母，或开发新的人类疗法。

图片来自Shakked Halperin。

并不是毫无意义

想象一只猴子坐在键盘上。如果给予无限的时间随机地按键，这只猴子几乎肯定会输入威廉•莎士比亚的全部作品。至少，这是根据“无限猴子定理（infinite monkey theorem）”得出的结论。DNA的自然变异类似于这一过程—随着时间的推移，不同有机体的基因组中都会出现随机变化。理论上，在无限长的时间内，DNA碱基的每一种可能的变异都将存在。然而，在实际的人类时间线上，仅很小一部分可能的变化将会出现。

如今想象一下，我们能够告诉这只猴子仅重写莎士比亚悲剧《麦克白》的特定页面。在这个这个狭小的页面窗口的限制下，这只猴子会非常快地输出这些页面中的文本的每个可能的变化。这就是EvolvR让科学家们所做的事情。他们仅想要获得单个基因的新版本，因此重写整个基因组是不切实际的，并且可能对活细胞是有害的。通过每次仅对一个基因进行干扰，就有可能对大量的变异进行取样。

轻击“进化（evolve）”开关

EvolvR让科学家们在实验室中仅在一天内让一个基因经历整个进化过程。该系统基于可编程的DNA切割蛋白Cas9，这就使得EvolvR成为CRISPR工具箱中的一种最新的独创性工具。这些研究人员将Cas9结合到一种被称作DNA聚合酶的酶上。Cas9经编程后在有机体的DNA中找到特定的靶序列。EvolvR使用Cas9的一种特殊“切口（nicking）”版本，仅切割两条DNA链中的一条。Cas9在一条DNA链上产生一个切口，这就指示DNA聚合酶移除这条链并用新的DNA替换它。DNA聚合酶会产生错误，构建出与原始DNA序列不同的DNA序列，就像键盘上的猴子按键一样。

鉴于多样性就是人们想要的目标，DNA聚合酶产生的“打字错误”是一件好事。科学家们能够利用EvolvR故意地产生随机突变，从而构建出数百万种不同的序列组合，并且可能至少发现一种具有他们想要的效果的序列组合。

定向进化技术不断发展

这种方法是实现生物系统多样化的一种全新方式，打开了与早期策略相结合的大门。其他方法依赖于迫使大量的随机化DNA片段“文库”进入细胞。这是耗时且昂贵的，并且并非所有细胞都容易摄入外部DNA。EvolvR解决了以前方法中的这些缺点和其他的几个缺点。 Dueber指出，“它不像许多其他技术那样需要双链DNA断裂。双链断裂对许多细胞都是有害的。它也不需要复杂的DNA修复通路，这是因为许多让人们感兴趣的有机体都没有这些复杂的DNA修复通路。”

因此，这种工具应当可以在任何物种中使用，而且测试这个想法是这些研究人员马上就要实施的后续步骤之一。虽然它的试验场是在细菌中，但在人类或植物细胞等真核生物中使用时，这种多功能平台将会变得更加强大。Schaffer说，“EvolvR有巨大的潜力作为一种独立于物种的定向进化工具。它已经可以在长大约十几个到几百个碱基对的DNA区域中进行单个突变或组合突变。”Dueber补充道，“我们有兴趣构建出一个适用的EvolvR工具包。我们设想的系统具有更高的突变率或更大影响的窗口。有很多想法可供尝试。”

Halperin指出了这种系统的另一个关键优势。早期在实验室中产生性状的方法包括几轮劳动密集型的多样化和选择操作。“在以前的定向进化实验中，我们没有借鉴大自然所做的事情。鉴于我们的工具能够不断为靶基因提供多样性，我们能够不断地富集越来远好的性状，这更接近于自然进化过程。”只要研究人员想要开展多长时间，那么基于EvolvR开展的实验就可以持续多长时间，这会一遍又一遍地改变靶基因的序列并创造更多的成功机会。

出发

有太多的可能性去想象，而且这些研究人员希望其他科学家们能够使用EvolvR。Halperin说，“我们很高兴其他人与我们一起使用这个工具并改进它。”Schaffer渴望运用这种工具，以“加速用于人类治疗应用（从新药到新药递送技术）的生物分子开发。”

让这些研究人员特别兴奋的是将EvolvR与另一种最受欢迎的CRISPR工具—高通量CRISPR筛选—相结合。这种强大的技术组合可以让他们在一次实验中给数千个不同的基因提供多样化，这潜在地创造出全新的功能，而不仅仅是开启和关闭基因。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Shakked O. Halperin, Connor J. Tou, Eric B. Wong et al. CRISPR-guided DNA polymerases enable diversification of all nucleotides in a tunable window. Nature, Published Online: 01 August 2018, doi:10.1038/s41586-018-0384-8.

2018年8月13日/生物谷BIOON/—尽管免疫疗法在治疗癌症方面表现出巨大的希望，但是大多数患者并未从这些治疗中受益，这是因为他们体内的肿瘤能够逃避免疫系统检测。不过，解决这一障碍的一种方法是利用在自身免疫疾病中招募T细胞的基因，利用这些基因吸引T细胞来杀死肿瘤。

在一项新的研究中，来自美国哥伦比亚大学的研究人员在小鼠中发现一个在斑形脱发（alopecia areata）—在这种疾病中，免疫细胞攻击和破坏毛细胞—中招募T细胞的基因在多种癌症类型中被关闭，从而保护它们免受免疫系统的影响。但是如果重新开启这个基因，那么就能够让这些癌症容易受免疫反应的影响。相关研究结果发表在2018年7月25日的Cell Systems期刊上，论文标题为“IKZF1 Enhances Immune Infiltrate Recruitment in Solid Tumors and Susceptibility to Immunotherapy”。论文通信作者为哥伦比亚大学的Angela M. Christiano博士。

这项研究开始于认识到自身免疫疾病和癌症代表了免疫信号谱的两端。当免疫系统过度活跃时，患者可能有患上自身免疫疾病的风险；当它不活跃时，癌症能够逃避免疫系统。

论文第一作者、哥伦比亚大学欧文医疗中心精准医学研究员James Chen博士说，“我们应当能够鉴定出在自身免疫疾病中过度活跃的基因信号，并且在能够逃避免疫反应的肿瘤中使用这些信号。”

在之前的一项研究中，Christiano及其团队已在斑形脱发中鉴定出这样的遗传信号—一个被称为IKZF1的基因。在这种疾病下，过度活跃的IKZF1基因导致免疫细胞过量产生，从而杀死毛囊。

Christiano说，“斑形脱发中的关键免疫细胞正是很多癌症能够逃避的细胞。这些所谓的杀伤性T细胞对癌症免疫疗法获得成功是至关重要的。”

在这项新的研究中，这些研究人员研究了他们是否能够激活肿瘤细胞中的IKZF1基因，以便将T细胞吸引到肿瘤中并动员它们攻击癌症。

这些研究人员使用Chen设计出的一种算法对癌症基因组图谱（Cancer Genome Atlas）中的数千名癌症患者的基因组数据和生物信息学数据进行筛选，旨在寻找癌症调节网络中含有IKZF1的肿瘤类型。这种算法预测了几种癌症类型，包括对靶向免疫疗法敏感的黑色素瘤和两种对靶向免疫疗法不敏感的癌症。他们首先对黑色素瘤小鼠模型的预测结果进行了测试，其中小鼠所患的黑色素瘤经基因修饰后表达IKZF1。他们发现相比于携带着常规黑色素瘤的对照小鼠，在这些小鼠的肿瘤中，浸润性免疫细胞的水平增加了，这表明这种经过基因修饰的肿瘤至少失去了某种逃避免疫反应的能力。

论文共同作者、哥伦比亚大学瓦格洛斯内外科学院泌尿生殖肿瘤学主任Charles G. Drake博士说，“令我们特别震惊的是，表达IKZF1的肿瘤对抗PD-1治疗和抗CTLA-4治疗作出明显更好的反应。肿瘤生长几乎完全受到抑制。”

这些研究人员随后分析了来自之前的一项针对存在IKZF1功能缺陷的黑色素瘤患者的研究的数据。与其他的黑素瘤患者相比，存在IKZF1功能缺陷的黑色素瘤患者具有更高的复发率和更差的存活率。

这些研究人员当前正在寻找其他的能够类似地用于增加黑色素瘤免疫治疗反应的候选基因。

这种算法还预测前列腺癌可能对免疫治疗作出更大的反应。在实验室实验中，这些研究人员发现恢复前列腺肿瘤细胞中的IKZF1活性让它们对免疫治疗敏感。Drake说，“在临床上，这是一个特别令人兴奋的发现，这是因为前列腺癌通常很少被免疫细胞浸润。将这些’冷’肿瘤变成’热’肿瘤可能是治疗成功的关键。”

此外，这种算法正确地预测，如果IKZF1的表达水平增加的话，那么结直肠瘤和肾肿瘤将不会对免疫疗法作出反应，这是因为已发现这个基因在这些肿瘤中是没有活性的。

基于这些发现开发出来的疗法将需要数年的时间，这在很大程度上是因为需要不同的方法来激活在人体中的IKZF1。然而，该方法可能很快用于预测患者是否可能对免疫治疗作出反应并评估这些患者的预后。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

James C. Chen, Rolando Perez-Lorenzo, Yvonne M. Saenger et al.IKZF1 Enhances Immune Infiltrate Recruitment in Solid Tumors and Susceptibility to Immunotherapy. Cell Systems, 25 July 2018, 7(1):92-103, doi:10.1016/j.cels.2018.05.020.