Immunity：利用CRISPR筛选鉴定出新的抗炎药物靶标

2021年11月15日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国范德堡大学的研究人员发现一种在癌症生物学中被研究过并对T细胞功能很重要的代谢酶可能为抗炎治疗提供一种新的靶标。他们报告说，抑制这种称为MTHFD2的代谢酶或者从基因上剔除这种代谢酶，可以减少多种炎症性疾病模型中的疾病严重性。相关研究结果于2021年11月11日在线发表在Immunity期刊上，论文标题为“MTHFD2 is a metabolic checkpoint controlling effector and regulatory T cell fate and function”。

论文通讯作者、范德堡大学免疫生物学教授Jeffrey Rathmell博士和他的团队对代谢途径---维持生命的化学反应---如何影响免疫细胞功能感兴趣。在这项新的研究中，他们专注于“一碳”代谢，即一系列为DNA和其他分子的生物合成产生化学构成单元（building block）的反应。

Rathmell说，“多年来，一碳代谢一直是药物开发的靶标，但它确实没有以一种无偏见的方式进行探索。”他说，例如，免疫抑制药物甲氨蝶呤（methotrexate）抑制了一氧化碳代谢途径中的一种酶，但它可能不是“正确的靶标或正确的药物”以获得最佳治疗活性。

为了系统地研究T细胞---对特定抗原（如病毒的表面蛋白）作出反应的白细胞--中的途径，Rathmell实验室的医学博士生Ayaka Sugiura利用基因组编辑技术CRISPR开发出一种筛选策略。她设计了CRISPR“向导”---向导RNA（gRNA），以选择性地灭活一氧化碳代谢途径中的每个基因，并将这种筛选工具引入分离的T细胞，仔细控制实验条件，使每个T细胞只有一个（或没有）灭活的基因。

通过在一种哮喘的动物模型中研究这些经过基因修饰的T细胞，Sugiura能够确定在疾病过程中对T细胞功能重要的基因。然后，她研究了每个鉴定出的基因在T细胞发育过程中和各种炎症性疾病患者中的表达。MTHFD2脱颖而出。Sugiura说，它在疾病状态和胚胎发育过程中高度表达，但在成体组织中却低水平表达，或者根本不表达。

由于MTHFD2在许多肿瘤中过度表达，它以前一直是抗癌药物开发的靶标。尽管临床前研究并不支持进一步开发MTHFD2抑制剂用于抗击癌症，但Sugiura在她的研究中能够使用一种特征明确的抑制剂。

Sugiura说，“MTHFD2不仅对DNA的核苷酸合成很重要，而且对T细胞功能所需的适当信号传递也很重要。”

她说，用药物抑制MTHFD2或从基因上剔除它可以减少CD4 T细胞（该团队研究的一种特殊类型的T细胞）的整体增殖，并削弱免疫反应。

然而，这些作者发现，抑制MTHFD2对在抗原刺激下产生的CD4 T细胞亚群的影响是不同的。抑制MTHFD2能促进调节性CD4 T细胞（Treg细胞）的活性，后者能抑制免疫反应。但抑制MTHFD2会阻断炎症性CD4 T细胞（Th17细胞），实际上将它们转化为抗炎表型。

Rathmell说，“这相当令人惊讶。Sugiura能够证实抑制MTHFD2不只是阻止免疫反应，它实际上将免疫反应从炎症性转换为抗炎性。”

在多发性硬化症、炎症性肠病和一般过敏反应的动物模型中，抑制或消除MTHFD2能降低疾病的严重程度，支持它作为抗炎药物开发的治疗靶标的潜力。Rathmell团队正在与合作者合作开发具有更好临床特征的抑制剂。

令人鼓舞的是，这些作者还发现，在疫苗接种模型中给予MTHFD2抑制剂并不损害对疫苗的免疫反应。Sugiura说，“很有希望的是，虽然这种抑制剂抑制了多种T细胞活性过度活跃的疾病模型中的炎症，但它并没有影响理想的T细胞反应，如对疫苗接种的反应。”他们指出，这些发现表明免疫细胞亚群以不同的方式依赖一碳代谢和MTHFD2功能。

图片来自Immunity, 2021, doi:10.1016/j.immuni.2021.10.011。

尽管MTHFD2抑制剂作为抗癌药物在总体上并不成功，但它们可能对由炎症驱动的癌症有用，如结直肠癌。Rathmell说，MTHFD2抑制剂可望减缓癌细胞的增殖，并阻断“可促进这种类型癌症的特定炎症性T细胞”。

Rathmell团队正在使用Sugiura开发的基于CRISPR的筛选策略来探索多种疾病模型中的多组基因，并正在努力为范德堡大学的其他研究人员建立一个核心资源。Rathmell说，“这种筛选策略和整个方法以无偏见的方式寻找重要的疾病基因，这些基因可能是治疗靶标，这真地很有价值，对我们的团队非常有影响。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Ayaka Sugiura et al. MTHFD2 is a metabolic checkpoint controlling effector and regulatory T cell fate and function. Immunity, 2021, doi:10.1016/j.immuni.2021.10.011.