CRISPR筛选确定新的抗炎药物靶点

范德比尔特大学的研究人员发现，癌症生物学中研究过的一种代谢酶对T细胞的功能很重要，它可能为抗炎疗法提供一个新的靶点。他们在11月11日的《免疫》杂志上报道，抑制或从基因上删除这种被称为MTHFD2的酶，可以降低多种炎症疾病模型的疾病严重程度。

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很感兴趣。在目前的研究中，他们专注于“单碳”代谢，这是一系列为DNA和其他分子的生物合成生成化学构建块的反应。

“多年来，单一碳代谢一直是药物开发的目标，但它确实还没有以一种公正的方式进行探索，”Rathmell说，他也是范德比尔特免疫生物学中心(Vanderbilt Center for Immunobiology)的主任。例如，免疫抑制剂甲氨蝶呤可以抑制单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”，他说。

为了系统地研究T细胞(对特定抗原(如病毒表面蛋白)有反应的白细胞)中的通路，Rathmell小组的一名医学博士Ayaka Sugiura利用基因组编辑技术CRISpR开发了一种筛选策略。她设计了CRISpR“指南”，选择性地使单碳代谢途径中的每个基因失活，并将这个“文库”引入分离的T细胞，仔细控制实验条件，使每个细胞只有一个(或没有)失活基因。

通过研究哮喘动物模型中的修饰细胞，Sugiura能够在疾病过程中识别对T细胞功能重要的基因。然后，她检查了T细胞发育期间和各种炎症疾病患者中每一个被识别基因的表达。

MTHFD2脱颖而出。Sugiura说，在疾病状态和胚胎发育期间，它高度表达，但在成人组织中，它的表达水平较低，或者根本不表达。

MTHFD2因其在许多肿瘤中过表达而成为抗癌药物开发的靶点。尽管临床前研究不支持进一步开发MTHFD2抑制剂，Sugiura能够在她的研究中使用一种特征明确的抑制剂。

“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导也很重要，”Sugiura说。她说，用药物抑制MTHFD2或从基因上消除它会降低CD4 T细胞(研究小组研究的一种特殊T细胞)的整体增殖，并减弱免疫反应。

然而，研究人员发现，MTHFD2抑制作用对于因抗原刺激而产生的CD4 T细胞亚群是不同的。抑制MTHFD2可促进调节性CD4 T细胞(Treg)的活性，从而抑制免疫反应。但抑制MTHFD2会阻断炎性CD4 T细胞(Th17)，并将它们转化为抗炎表型。

“这非常令人惊讶，”拉斯梅尔说。“Ayaka能够证明，抑制MTHFD2并不仅仅是停止免疫反应，它实际上将炎症反应转换为抗炎反应。”

在多发性硬化症、炎症性肠病和一般过敏性反应的动物模型中，抑制或消除MTHFD2可降低疾病严重程度，支持其作为抗炎药物开发的治疗靶点的潜力。Rathmell小组正在与合作者合作开发具有改善临床特征的抑制剂。

令人鼓舞的是，研究人员发现，在疫苗接种模型中给予MTHFD2抑制剂不会损害对疫苗的免疫反应。

Sugiura说:“尽管这种抑制剂抑制了多种T细胞活性亢进的疾病模型中的炎症反应，但它并不影响理想的T细胞反应，例如对疫苗的反应，这是很有希望的。”

研究人员指出，这些发现表明，免疫细胞亚群以不同的方式依赖单一碳代谢和MTHFD2功能。

尽管MTHFD2抑制剂作为抗癌药物一般来说并不成功，但它们可能对由炎症引起的癌症有用，比如结直肠癌。Rathmell说，一种MTHFD2抑制剂有望减缓癌细胞的增殖，并阻止“能促进该类型癌症的特异性炎症T细胞”。

Rathmell小组正在使用Sugiura开发的基于crispr的筛选技术来探索各种疾病模型中的多组基因，并正在为范德比尔特的其他研究人员建立一个核心资源。Rathmell说:“这种以一种公正的方式寻找可能成为治疗目标的重要疾病基因的筛查策略和整体方法是非常有价值的，对我们小组非常有影响。”

MTHFD2 is a Metabolic Checkpoint Controlling Effector and Regulatory T Cell Fate and Function