CRISPR策略瞄准多种炎症性疾病的药物靶点

范德比尔特大学医学中心的科学家及其合作者使用一种基于CRISPR-Cas9的新的、公正的筛选，将注意力集中在一种名为MTHFD2的代谢检查点酶上，作为多种炎症性疾病抗炎免疫治疗的潜在靶点。MTHFD2在患有多种炎症性疾病(包括癌症)的个体中持续上调。

在本周《免疫》杂志上发表的一篇题​​为“MTHFD2是一种控制效应器和调节性T细胞命运和功能的代谢检查点”的文章中，作者报告说，通过药物抑制或基因删除该酶可降低多种炎症性疾病动物模型的疾病严重程度，包括哮喘、多发性硬化症、炎症性肠病和一般过敏反应模型。

T细胞分裂、特化和功能所需的核苷酸合成需要一碳代谢。这项研究确定了代谢检查点酶作为炎症性疾病的治疗靶点。[Sugiura等人，免疫，2021]。

调动有效的适应性免疫反应需要一组称为CD4阳性T细胞的免疫细胞快速生长并分裂成专门的效应子和调节子集。这需要彻底改造细胞代谢机制，以满足生物合成、生物能源和细胞通信的需求。平衡效应和调节性T细胞亚群对于预防炎症和自身免疫性疾病至关重要。

“我们研究了一碳代谢在CD4阳性T效应细胞和T调节细胞亚群中的作用，”作者指出。单碳代谢是一系列反应，产生用于DNA和其他分子生物合成的化学构件。

该论文的资深作者、CorneliusVanderbilt免疫生物学教授JeffreyRathmell博士表示：“多年来，一碳代谢一直是药物开发的目标，但实际上还没有以公正的方式进行探索。”他说，例如，免疫抑制剂药物甲氨蝶呤可以抑制一碳代谢途径中的一种酶，但它可能不是最佳治疗活性的“正确靶点或正确药物”。

为了系统地研究T细胞亚群中的一碳途径，Rathmell小组的医学博士生AyakaSugiura开发了一种基于CRISPR-Cas9的无偏筛选方法，设计CRISPR引导RNA来选择性地灭活一碳代谢途径中的每个基因。然后，她将这个失活基因库引入分离的T细胞中，控制实验条件，使每个细胞只含有一个或不含有失活基因。

Rathmell说：“这种以公正的方式寻找重要疾病基因(可能是治疗靶点)的筛查策略和整个方法非常有价值，并且对我们的团队产生了非常大的影响。”

Sugiura使用从哮喘和各种其他炎症性疾病动物模型中分离出的效应和调节性T细胞的方法，确定了在各自疾病过程中对T细胞功能重要的基因。在这个多模型分析中，MTHFD2脱颖而出。它在胚胎发育和疾病状态下高度表达，但在成人组织中表达可忽略不计或根本不表达。

Sugiura说，“MTHFD2不仅对于DNA的核苷酸合成很重要，而且对于T细胞功能所需的适当信号传导也很重要”MTHFD2缺陷会降低CD4T细胞的整体增殖并抑制免疫反应。

然而，研究人员发现，MTHFD2抑制对不同的T细胞亚群有不同的影响，这表明免疫细胞亚群以不同的方式依赖一碳代谢和MTHFD2功能。抑制MTHFD2会促进调节性CD4T细胞的活性，从而抑制免疫反应，同时它将炎症性CD4T细胞(Th17)转化为抗炎细胞类型。

“这非常令人惊讶，”拉斯梅尔说。“Ayaka能够证明，抑制MTHFD2不仅能阻止免疫反应，实际上还能将免疫反应从炎症转变为抗炎。”

Sugiura补充道，“令人鼓舞的是，虽然[MTHFD2]抑制剂抑制了多种T细胞活性亢进疾病模型中的炎症，但它并没有影响所需的T细胞反应，例如对疫苗接种的反应。”

由于MTHFD2在许多癌症中过度表达，MTHFD2此前一直是抗癌药物开发的靶点，但临床前研究并不支持MTHFD2抑制剂的进一步抗癌开发。尽管MTHFD2抑制剂作为一般抗癌药物并不成功，但它们可能对炎症驱动的癌症有用，例如结直肠癌。Rathmell说，MTHFD2抑制剂可能会减缓癌细胞增殖并阻断“促进此类癌症的特定炎症T细胞”。

Rathmell小组目前正在与合作者合作开发具有改善临床特征的MTHFD2抑制剂，使用基于CRISPR的新方法探索各种疾病模型中的多组基因，并为其他范德比尔特研究人员构建核心资源。

该研究得到了狼疮研究联盟和美国国立卫生研究院的资助。

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