田志刚课题组揭示促进NK细胞过继治疗的新靶点

　　2月1日，肿瘤免疫治疗学会(SITC，Society for Immunotherapy of Cancer)的官方杂志Journal for ImmunoTherapy of Cancer在线发表了田志刚课题组的最新研究成果”TIPE2 deletion improves the therapeutic potential of adoptively transferred NK cells”，报道了在肿瘤微环境的NK细胞中TIPE2分子的表达水平与NK细胞的功能耗竭状态相关，通过CRISPR/Cas9技术敲除TIPE2阻滞了NK细胞耗竭状态并显著增强过继NK细胞的抗肿瘤效应，表明靶向敲除TIPE2是促进NK细胞免疫治疗的潜在策略。

　　中国科学技术大学田志刚教授、孙昊昱教授及中国科学院深圳先进技术研究院毕嘉成副研究员为该文的通讯作者，毕嘉成副研究员同时是该文的第一作者。 

 

 

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　　免疫治疗的快速发展正在改变肿瘤的治疗范式，然而，并不是所有的患者都能从免疫治疗中受益。在应对实体肿瘤等情况下，免疫治疗仍面临有效性和安全性不足等问题。另一方面，在合成生物学理念与技术的影响与驱动下，当前的免疫治疗研究正往以工程化操控为主要特征的“合成免疫学”新阶段发展，旨在通过设计与构建新型合成免疫分子、合成免疫细胞等，对免疫应答进行理性操控，从而实现肿瘤等重大疾病的免疫治疗。 “卡控点分子/ Immune Checkpoints”（对免疫系统具有重要调节作用的分子）作为合成免疫分子/细胞设计的重要元件，对其进行深入研究不仅能揭示免疫应答的调控规律，而且能提供工程化设计合成免疫分子/细胞的理论依据。因而，“卡控点分子”研究是当前“合成免疫学”研究的关键切入点。 　 

　　NK细胞（天然杀伤细胞，Natural Killer cells）是一种固有免疫细胞，通过杀伤靶细胞、诱导靶细胞凋亡或分泌细胞因子来发挥对肿瘤的免疫监视功能。大量研究早已显示NK细胞不仅在控制血液系统肿瘤及肿瘤转移中发挥关键作用，而且NK细胞在实体肿瘤中的浸润水平也与患者的预后密切相关。NK细胞在当前的肿瘤免疫治疗研究中具有重要的地位，因为NK细胞不仅能识别并杀伤HLA低表达等逃逸T细胞应答的肿瘤细胞类型，而且NK细胞对基于T细胞的免疫治疗（如靶向PD-1/PD-L1的“卡控点疗法”）也具有促进作用，此外NK细胞还天然具有作为“通用型”合成免疫细胞疗法底盘细胞的优势。尽管如此，NK细胞在肿瘤微环境中会受到一系列免疫负调控细胞、分子等的负向调控，进入功能低下的“免疫耗竭”状态（图1）[1, 2]；为了充分发挥基于NK细胞的免疫治疗策略的优势，研究人员需要深入揭示肿瘤相关NK细胞的功能调节机制。 

　　尽管如此，NK细胞在肿瘤微环境中会受到一系列免疫负调控细胞、分子等的负向调控，进入功能低下的“免疫耗竭”状态（图1）[1, 2]；为了充分发挥基于NK细胞的免疫治疗策略的优势，研究人员需要深入揭示肿瘤相关NK细胞的功能调节机制。 

　　课题组前期已发现卡控点分子TIGIT（Hepatology 2014a,2014b; Nat Immunol 2018）、A3AR（Cell Mol Immunol 2021）和TIPE2（Science Advances 2021）在疾病状态如肿瘤、组织损伤与再生等过程中对NK细胞的功能具有负调控作用[3-7]。其中胞内卡控点分子TIPE2分子在稳态NK细胞中的表达水平与NK细胞的功能成熟相关，NK细胞条件性缺失Tipe2的小鼠呈现出更强的抗肿瘤功能[7]。在上述研究基础上，研究人员进一步通过单细胞转录组分析、报告基因小鼠等手段发现TIPE2在人及小鼠肿瘤相关NK细胞中的表达水平与NK细胞的功能耗竭状态相关（图2），且高表达TIPE2的NK细胞亚群与肿瘤患者较差的预后显著相关。 

　　于是研究人员在人外周血来源的NK细胞及人诱导多能干细胞来源的NK细胞中，通过CRISPR/Cas9手段敲除TIPE2基因，然后在体外通过细胞因子诱导“记忆样”NK细胞的功能增强状态，随后转输到荷瘤小鼠，并发现TIPE2敲除的NK细胞相比对照NK细胞而言显著抑制肿瘤生长，并伴随NK细胞在肿瘤组织中更高的浸润水平（图3）。该研究表明靶向敲除胞内卡控点分子TIPE2可以阻滞NK细胞在肿瘤微环境中的免疫耗竭水平，促进NK细胞的浸润及功能，从而促进过继NK细胞的肿瘤免疫治疗，提示靶向TIPE2是促进NK细胞治疗的潜在策略。 

　　该工作获得了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院定量工程生物学重点实验室、深圳合成生物学创新研究院等项目的支持。 

　　图1. NK细胞在肿瘤微环境中进入功能低下的“免疫耗竭”状态 


　　图2. TIPE2的表达水平与肿瘤相关NK细胞的功能耗竭相关 


　　图3. 通过CRISPR/Cas9敲除TIPE2促进NK细胞的过继治疗 　　  

　　参考文献： 

　　[1] Bi J*, Tian Z*. NK Cell Exhaustion. Frontiers in immunology 2017, 8: 760. 

　　[2] Bi J*, Tian Z*. NK cell dysfunction and checkpoint immunotherapy. Frontiers in immunology 2019, 10: 1999. 

　　[3] Bi J, Zhang Q, Liang D, Xiong L, Wei H, Sun R*, Tian Z*. T-cell Ig and ITIM domain regulates natural killer cell activation in murine acute viral hepatitis. Hepatology2014, 59(5): 1715-1725. 

　　[4] Bi J, Zheng X, Chen Y, Wei H, Sun R*, Tian Z*. TIGIT safeguards liver regeneration through regulating natural killer cell-hepatocyte crosstalk. Hepatology 2014, 60(4): 1389-1398. 

　　[5] Zhang Q, Bi J, Zheng X, Chen Y, Wang H, Wu W, Wang Z, Wu Q, Peng H, Wei H, Sun R*, Tian Z*. Blockade of the checkpoint receptor TIGIT prevents NK cell exhaustion and elicits potent anti-tumor immunity. Nat Immunol 2018, 19(7): 723-732. 

　　[6] Bi J, Zheng C, Zheng X. Increased expression of adenosine A3 receptor in tumor-infiltrating natural killer cells. Cell Mol Immunol 2021, 18(2): 496-497. 

　　[7] Bi J*, Cheng C, Zheng C, Huang C, Zheng X, Wan X, Chen YH, Tian Z, Sun H*. TIPE2 is a checkpoint of natural killer cell maturation and antitumor immunity. Science Advances, 2021, 7(38):eabi6515