CRISPR-Cas9 基因组编辑改造T细胞进行癌症免疫治疗应用的I期临床人体试验结果
2020年2月6日，宾夕法尼亚大学Edward A. Stadtmauer博士所在的科研团队在《Science》发表了题目为“CRISPR-engineered T cells in patients with refractory cancer”的文章。该研究中的I 期临床试点试验结果表明，人类基因组的多重 CRISPR-Cas9 编辑在临床上是可行的，且有希望应用于肿瘤治疗。文章作者称，“从参与该临床试验的前三名患者获得的研究数据证明了两个重要的事情，首先，我们可以在基因改造过程中成功进行多次精确编辑，并且这些基因编辑后的T细胞在人体中可以存活较长的时间。其二，目前这些被改造后的T细胞已显示出持续的对肿瘤的杀伤能力，这一发现是极其震撼且前所未有的！”
或许大多数人都知道，癌变的细胞本应可以被免疫系统识别并清除，但通过免疫抑制及免疫逃避机制，肿瘤细胞得以在人体内继续生长。而T淋巴细胞目前处于现代癌症免疫治疗革命的核心，其表面的T 细胞受体 (TCR) 复合物通过识别与 MHC 分子结合的外源抗原/肽实现抗肿瘤效应。注入体外基因工程编辑后的T细胞治疗，也称为过继T细胞疗法，可以增强患者的天然抗肿瘤免疫应答效应。CRISPR/Cas9是一种强大的基因编辑技术，可实现单碱基水平的精准编辑，利用该技术进行T细胞的多基因靶向改造，可改善癌细胞的免疫治疗效果。患者身T细胞经过基因工程改造，可表达一种能特异性检测和杀死肿瘤细胞的合成（转基因）TCR。基因治疗联合基因编辑可重塑免疫相关的特异性，在改善基因编辑T细胞的安全性和有效性方面存在巨大潜力。之前的临床研究结果表明，利用 CRISPR-Cas9 敲减转导了 CAR（Chimeric antigen receptor） 的人 T细胞中的PDCD1的表达可增加异种移植瘤的抗肿瘤疗效。过继细胞疗法和CAR-T疗法在抗肿瘤研究中均有文献报道，在既往研究的基础上，作者展开试验，选择靶向改造T 细胞的内源性 TRAC、TRBC 和 PDCD1，原则上，该策略允许增加外源性 TCR 表达并减少混合异源二聚体形成的可能性（即通过分别删除 α 和 βTCR 结构域基因 TRAC 和 TRBC），并限制免疫检查点配体 PD-L1 和 PD-L2触发的 T 细胞耗竭的发生。
研究者设计了I 期人体试验用来评估患者输注自体 NY-ESO-1 TCR 改造后的 T 细胞的安全性和可行性，简要过程为：从癌症患者血液中分离T细胞，将负载3个sgRNAs的核蛋白复合物通过电穿孔转入正常T细胞，从而对TRAC、TRBC1、TRBC2和PDCD1(编码PD-1)位点完成基因编辑。然后用慢病毒载体感染编辑后的T细胞，使其表达针对睾丸癌抗原NY-ESO-1和LAGE-1的特异性TCR，然后将设计好的T细胞通过静脉回输送回患者体内，并对患者进行跟踪监测，示意图如下。
Figure1. CRISPR-Cas9技术对癌症患者T细胞的工程化改造图片引自：Stadtmauer, Edward & Fraietta, Joseph & Davis, Megan & Cohen, Adam & Weber, Kristy & Lancaster, Eric & Mangan, Patricia & Kulikovskaya et al., (2020). CRISPR-engineered T cells in patients with refractory cancer. Science. 367. eaba7365. 10.1126/science.aba7365.
在临床方案的开发过程中，作者选用了 TCR 而并非 CAR，主要原因在于前者所导致的细胞因子释放综合征的发生率通常相对较低。作者的 I 期研究最终证实，人类基因组的多重 CRISPR-Cas9 编辑在临床上是可能的。然而，尽管此研究中获得的最初临床结果是安全的，仍然需要在更多的患者中输注更高率编辑后的T细胞，并在输注后观察更长时间来充分评估这种方法的安全性。
参考文献
1.Stadtmauer, Edward & Fraietta, Joseph & Davis, Megan & Cohen, Adam & Weber, Kristy & Lancaster, Eric & Mangan, Patricia & Kulikovskaya et al., (2020). CRISPR-engineered T cells in patients with refractory cancer. Science. 367. eaba7365. 10.1126/science.aba7365.2. P. Rouet, F. Smih, M. Jasin, Introduction of double-strand breaks into the genome of mouse cells by expression of a rare-cutting endonuclease. Mol. Cell. Biol. 14, 8096–8106 (1994).doi: 10.1128/MCB.14.12.8096; pmid: 79691473. M. H. Porteus, A new class of medicines through DNA editing.N. Engl. J. Med. 380, 947–959 (2019). doi: 10.1056/NEJMra1800729; pmid: 308557444. P. Tebas et al., Gene editing of CCR5 in autologous CD4 T cells of persons infected with HIV. N. Engl. J. Med. 370, 901–910(2014). doi: 10.1056/NEJMoa1300662; pmid: 245978655. L. Xu et al., CRISPR-edited stem cells in a patient with HIV and acute lymphocytic leukemia. N. Engl. J. Med. 381, 1240–1247(2019). doi: 10.1056/NEJMoa1817426; pmid: 315096676.M. Jinek et al., A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science 337,816–821 (2012). doi: 10.1126/science.1225829;pmid: 227452497. L. Cong et al., Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science 339, 819–823 (2013). doi: 10.1126/science.1231143; pmid: 232877188. P. K. Mandal et al., Efficient ablation of genes in human hematopoietic stem and effector cells using CRISPR/Cas9.Cell Stem Cell 15, 643–652 (2014). doi: 10.1016/j.stem.2014.10.004; pmid: 255174688. J. F. Hultquist et al., CRISPR-Cas9 genome engineering of primary CD4+ T cells for the interrogation of HIV-host factor interactions. Nat. Protoc. 14, 1–27 (2019). doi: 10.1038/s41596-018-0069-7; pmid: 305593739. R. O. Bak et al., Multiplexed genetic engineering of human hematopoietic stem and progenitor cells using CRISPR/Cas9 and AAV6. eLife 6,