上科大王皞鵬組首次繪製人類T細胞功能調控圖譜——許琛琦、劉萬里點評

責編 | 迦 漵

作為人體免疫系統的重要組成部分，T細胞在對腫瘤細胞的免疫監控和殺傷中起著至關重要的作用。但是，腫瘤細胞能夠利用多種方法來抑制T細胞的抗腫瘤活性，從而逃避機體免疫系統的攻擊。因此在臨床上，可以通過提高T細胞的活性來治療腫瘤。目前，基於T細胞的腫瘤免疫療法已經在臨床上取得令人矚目的成功，具有廣泛的應用前景【1-3】。但是現有的治療方法只對一部分的腫瘤病人有效，並且還有著相當程度的副作用【4】。因此，進一步研究T細胞激活的調控機理，將有助於開發新的腫瘤免疫治療方法以改善療效，並讓更多的病人受益。

上海科技大學王皞鵬研究團隊與加州大學舊金山分校Arthur Weiss實驗室，以及中山大學魏來課題組合作在PNAS雜誌上發表了題為A genome-wide CRISPR screen identifies FAM49B as akey regulator of actin dynamics and T cell activation的研究論文。實驗室已經建立一個研究T細胞的基因編輯工具箱【5】。此項目利用CRISPR全基因組遺傳篩選，系統性地研究了T細胞激活的分子機制，繪製了人類T細胞功能的調控圖譜。值得一提的是，該工作是世界上首次報道的基於T細胞功能調控的全基因組CRISPR篩選。

據悉，審稿人之一，美國國家癌症研究所癌症研究中心副主任，Lawerence Samelson博士對於該工作給予了高度評價。Samelson博士認為：

尚等人報道的針對Jurkat T 細胞的全基因組CRISPR篩選對於免疫領域是一個重要的貢獻。該工作所報道的T細胞調控的正負調控因子對於許多科學家將非常有用。這個傑出的研究對於免疫細胞的激活和信號傳導領域起到了重要的貢獻。

Shang et al by reporting a genome-wide CRISPRscreen in Jurkat T cells have performed an important service for the immunologycommunity. The lists of activating and inhibitory molecules that they havereported will be of great use to many investigators. This is an excellent studyand important contribution to those studying lymphocyte activation and signaltransduction in general.

此項研究另一個亮眼之處是作者鑒定了一個全新的調節T細胞功能的負調控因子－FAM49B。FAM49B是一個功能未知的蛋白【6,7】，該工作首次闡明了FAM49B通過直接抑制小G蛋白RacI的活化，進而調控T細胞骨架重塑和功能激活。該研究表明FAM49B很可能是一個增強T細胞活性的新的腫瘤免疫藥物靶點。

非常巧合的是，同一時間，來自德國和英國兩個團隊在預印本雜誌bioRxiv上報道了FAM49功能相關研究（並把FAM49重新命名為CYRI）。這兩個獨立的研究獲得了一致的結論，驗證了王皞鵬課題組的發現，即FAM49是小G蛋白RacI的抑制蛋白。

據悉，這項工作是在王皞鵬教授、Art Weiss教授和魏來教授的共同指導下，由王皞鵬組碩博連讀研究生尚婉婧，碩士研究生薑勇和加州大學MichaelBoettcher博士等共同完成。

專家點評

許琛琦（中科院生化與細胞研究所研究員，國家傑青）

目前，世界上多個腫瘤免疫實驗室以及製藥公司都在積極地尋找潛在的腫瘤免疫治療的藥物靶標。大量的臨床數據證明針對T細胞自身的功能調控是一個行之有效的尋找靶標的策略。例如，單抗藥物Ipilimumab作用於T細胞表面共抑制分子CTLA－4，這種藥物不僅消除了調節性T細胞，同時有效的增強T細胞的免疫活性和增殖； T細胞療法，如CAR－T／TCR－T，則可以增強T細胞的腫瘤靶向性；腫瘤微環境中存在著多種機制抑制T細胞的抗腫瘤能力，PD－1/PD－L1抗體藥物則能夠阻斷腫瘤微環境中抑制機制，使其中的T細胞免疫功能正常化。因此，深入地了解T細胞活化的分子機制，可以給我們提供腫瘤免疫治療的新思路。

王皞鵬研究團隊的這篇PNAS工作通過CRISPR遺傳篩選，系統解析了T細胞抗原受體（TCR）下游的信號通路網路。篩選的結果不僅印證了前人多年來在T細胞信號傳導領域裡的發現，而且找到了多個全新的調控因子。作者聚焦於FAM49B基因，通過一系列生化手段，發現FAM49B直接作用於小G蛋白Rac1並且抑制其活性，從而調控T細胞的信號傳導。因此FAM49B可能作為一個調節T細胞功能的新靶點。

該工作對免疫領域的另一個貢獻是提供一個有效的遺傳篩選平台用來研究信號網路。這裡，王皞鵬課題組很好地利用了全基因組篩選研究TCR下游信號傳導。類似的方法，也可以用於解析CD28共刺激或者PD-1共抑制等重要免疫信號通路。

劉萬里（清華大學生命科學學院研究員，青年千人，優青，樹蘭醫學青年獎獲得者）

在最新發表的PNAS雜誌上，上海科技大學王皞鵬團隊與加州大學舊金山分校Arthur Weiss實驗室，以及中山大學魏來課題組合作，利用全基因組CRISPR篩選的技術對T淋巴細胞活化的胞內信號通路進行了系統性的研究，繪製了T淋巴細胞活化調控的分子圖譜，發現全新的負向調節T細胞活化的重要分子FAM49B。他們的研究發現，FAM49B缺陷將導致T細胞受體經受抗原刺激後的T細胞發生超活化，例如增強CD69表達，PAK磷酸化和肌動蛋白組裝等。機制上，他們發現FAM49B通過直接抑制小G蛋白Rac活性從而調節細胞骨架重組以及抑制T細胞活化。這項研究為基於增強T細胞免疫活化的腫瘤免疫治療提供了新的重要的藥物靶點。

全基因組CRISPR篩選技術，近年來在生命科學領域有著重要的突破性進展，這篇文章對T淋巴細胞進行分子篩選，首次繪製了通過T細胞受體介導的人類T細胞功能調控圖譜，具有重要的科學意義。同近期的泛癌症圖譜類似，該研究報道的T細胞調控的正負調控因子也為T細胞免疫活化領域研究提供了重要的地圖，為免疫研究工作者，尤其是T細胞免疫研究工作者的研究起到重要的作用，對免疫細胞的活化和信號傳導領域起到了重要的貢獻。未來可以進一步利用本研究的篩選結果同已知的基因調控與疾病相關數據進行交叉比對，找出誘發疾病，尤其是T細胞參與的免疫系統相關疾病的關鍵因素。從而深入探討這些引發疾病的分子機制，提供可能的治療途徑，更好的幫助指導臨床診斷和臨床治療等。此外，利用類似的策略研究如CD28共刺激信號通路及PD-1介導的共抑制信號通路等，從而篩選出重要的調節因子。

關於腫瘤免疫，已經有大量研究證明，人體的T 淋巴細胞在腫瘤的監控和殺傷中起著至關重要的作用。如利用嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor，CAR）技術改造過的T細胞在腫瘤免疫治療中獲得了一定的成效，然而縱觀整體治療的適用面和成功率仍有待大幅度的提高。腫瘤細胞能通過多種機制來抑制T細胞的抗腫瘤活性，從而逃避免疫系統的攻擊。因此如何降低腫瘤細胞的免疫逃避，提高T細胞的活化能力，結合先天免疫和體液免疫增強整體的免疫治療效果等一系列問題，一直是近期研究的重點方向。而本研究提供的篩選結果以及篩選出的小G蛋白Rac抑制蛋白FAM49B可以提供重要的參考信息。以FAM49B為例，T細胞行使其功能具有顯著的多態性和動態性等特點，而這依賴於T細胞對細胞骨架調控，基因編輯或藥物抑製劑處理FAM49B將可提高T細胞活化水平，進一步有可能構建出更加強效的CAR-T細胞，使其不容易耗竭，能夠長時間地持續發揮抗腫瘤作用等等。當然，不可忽略的是，如何在提高免疫細胞腫瘤特異性活化水平的前提下，又可以很好的避免出現自身免疫失調等副作用將非常重要。這篇文章的研究結果為我們進一步研究這一系列的相關科學問題提供了新的思路。

參考文獻

1. June CH, O"Connor RS, Kawalekar OU, Ghassemi S, & Milone MC (2018) CAR T cell immunotherapy for human cancer. Science 359(6382):1361-1365.

2. Ribas A & Wolchok JD (2018) Cancer immunotherapy using checkpoint blockade. Science 359(6382):1350-1355.

3. Zou W (2018) Mechanistic insights into cancer immunity and immunotherapy. Cell Mol Immunol.

4. Sharma P, Hu-Lieskovan S, Wargo JA, & Ribas A (2017) Primary, Adaptive, and Acquired Resistance to Cancer Immunotherapy. Cell 168(4):707-723.

5. Chi S, Weiss A, & Wang H (2016) A CRISPR-Based Toolbox for Studying T Cell Signal Transduction. BioMed research international 2016:5052369.

6. Gilli F, et al. (2010) Learning from nature: pregnancy changes the expression of inflammation-related genes in patients with multiple sclerosis. PloS one 5(1):e8962.

7. Gilli F, et al. (2011) Loss of braking signals during inflammation: a factor affecting the development and disease course of multiple sclerosis. Archives of neurology 68(7):879-888.

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