2025年2月4日，美國加州大學舊金山分校的研究團隊在《Nature Biotechnology》上發(fā)表了題為“Implantation of engineered adipocytes suppresses tumor progression in cancer models”的研究論文，他們開發(fā)了一種腫瘤治療方法——脂肪操控移植（AMT），即通過基因工程改造脂肪細胞后進行移植，使這些細胞能夠與腫瘤細胞競爭營養(yǎng)物質，從而抑制腫瘤生長。

研究人員期望通過基因編輯將常見的白色脂肪轉化為具有高代謝能力的棕色脂肪，從而與腫瘤細胞競爭營養(yǎng)，實現(xiàn)抑制腫瘤的目的，這一方法的實現(xiàn)有望解決棕色脂肪數(shù)量少、獲取難及寒冷環(huán)境刺激棕色脂肪不適于臨床應用的問題。他們開發(fā)了一種方法，即利用CRISPRa（CRISPR激活）技術使脂肪細胞中的特定基因（如UCP1、PPARGC1A和PRDM16）表達上調，從而使這些脂肪細胞具備棕色脂肪的代謝特點，被稱為“棕色化脂肪細胞”，這種棕色化脂肪細胞具有更強的葡萄糖攝取和脂肪酸氧化能力。

研究人員首先從人脂肪細胞中分離出前脂肪細胞，使用含有3-異丁基-1-甲基黃嘌呤、地塞米松和胰島素等成分的分化培養(yǎng)基進行誘導分化。同時構建針對UCP1、PPARGC1A或PRDM16基因啟動子的引導RNA（gRNA），并與dCas9-VP64轉錄激活因子融合，將構建的融合體克隆到腺相關病毒（AAV）表達載體中，然后用CRISPRa-AAV感染脂肪細胞，以構建棕色化脂肪細胞。研究人員將經CRISPRa改造獲得的棕色化脂肪細胞分別與五種不同的腫瘤細胞系進行共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)這五種腫瘤細胞的增殖均受到抑制，其中UCP1基因表達上調的棕色化脂肪細胞抑制效果最顯著。經CRISPRa改造的棕色化脂肪細胞降低了腫瘤細胞的代謝能力，葡萄糖攝取和糖酵解、脂肪酸攝取和氧化水平明顯下降。在MCF-7細胞模型中，棕色化脂肪細胞對腫瘤細胞代謝的抑制效果可以媲美，甚至優(yōu)于現(xiàn)有代謝型癌癥藥物（如6-AN和Etomoxir），表明這一方法作為抗癌治療的巨大潛力。（圖1）

圖1. CRISPRa改造的脂肪細胞在體外抑制腫瘤細胞生長

圖片源于《Nature Biotechnology》

研究人員采用三維培養(yǎng)技術培養(yǎng)前脂肪細胞，并進行分化誘導。隨后，使用CRISPRa-AAV感染這些脂肪細胞，以上調UCP1、PPARGC1A和PRDM16基因的表達，從而構建出棕色化脂肪類器官。將構建的棕色化脂肪類器官植入異種移植腫瘤小鼠模型體內，與對照組相比，植入的棕色化脂肪類器官顯著減小了腫瘤體積，同時有效降低了腫瘤細胞的代謝和增殖水平，并增加了腫瘤細胞的凋亡。這些結果表明，該技術在體內可有效抑制腫瘤生長。（圖2）

圖2. UCP1-CRISPRa改造的脂肪類器官組織在體內可抑制異種移植腫瘤

圖片源于《Nature Biotechnology》

研究人員進一步發(fā)現(xiàn)，CRISPRa改造后的脂肪類器官能提高小鼠的全身耗氧量、葡萄糖耐量和胰島素敏感性，證實了這些改造后的器官能夠增加能量消耗。研究人員通過使用不同飼料喂養(yǎng)小鼠，發(fā)現(xiàn)標準飼料喂養(yǎng)的小鼠體內CRISPRa改造的脂肪類器官能夠顯著減小腫瘤體積并降低腫瘤細胞代謝水平；然而，在高脂或高糖飼料喂養(yǎng)的小鼠體內，腫瘤體積和細胞代謝水平未見明顯變化。RNA-seq分析結果顯示，標準飼料喂養(yǎng)的小鼠腫瘤中代謝調節(jié)基因的表達量有所下調。這些結果表明，高脂肪酸或葡萄糖水平會削弱CRISPRa改造脂肪類器官對腫瘤的抑制作用。證實CRISPRa改造的脂肪類器官通過增強對營養(yǎng)物質的攝取和代謝，從而抑制腫瘤生長，且在競爭葡萄糖和脂肪酸方面，其能力優(yōu)于腫瘤細胞。（圖3）

圖3. 增加營養(yǎng)會降低CRISPRa改造的脂肪類器官對腫瘤抑制作用

圖片源于《Nature Biotechnology》

為探究CRISPRa改造的脂肪類器官對腫瘤發(fā)展的預防效果，研究人員在胰腺癌和乳腺癌遺傳小鼠模型中植入了這些CRISPRa改造的脂肪類器官。與對照組相比，植入CRISPRa改造的脂肪類器官的小鼠體內腫瘤體積的顯著減小，降低了腫瘤增殖能力和代謝基因表達水平，減少血管生成，并促進腫瘤細胞凋亡。這些發(fā)現(xiàn)表明CRISPRa改造的脂肪類器官在抑制腫瘤發(fā)展方面可能具有系統(tǒng)性治療潛力。（圖4）

圖4. 在胰腺癌和乳腺癌遺傳小鼠模型中植入CRISPRa改造脂肪類器官可抑制腫瘤發(fā)展

圖片源于《Nature Biotechnology》

為評估這一方法的治療潛力，研究人員提取了乳腺癌患者的脂肪細胞，并運用CRISPRa技術對其進行改造，然后與乳腺癌細胞類器官共培養(yǎng)并進行檢測。實驗結果表明，經CRISPRa改造的脂肪細胞在體外和小鼠體內均能抑制乳腺癌細胞的生長。特別是在與攜帶乳腺癌風險相關基因BRCA1、BRCA2或RAD51D突變的乳腺類器官共培養(yǎng)時，乳腺類器官的增殖相關基因表達下降，表明其對遺傳性癌前細胞具有一定抑制能力。這些發(fā)現(xiàn)為預防癌癥高風險個體癌癥的發(fā)展提供了新的治療策略。（圖5）

圖5. 腫瘤類器官與CRISPRa改造的脂肪細胞共培養(yǎng)可抑制腫瘤并預防癌癥發(fā)生

圖片源于《Nature Biotechnology》

研究人員還建立了聚己內酯制作的細胞支架的AMT系統(tǒng)，以便更精準地針對特定腫瘤進行治療。細胞支架易于從患者體內移除或替換，從而可以更精確地控制治療劑量；此外，還可以控制移植細胞的排列，優(yōu)化其與腫瘤細胞的相互作用；細胞支架可以充當屏障，減少移植細胞與宿主免疫系統(tǒng)之間的直接接觸，從而降低免疫排斥反應的風險。

AMT新療法在體外實驗和小鼠模型中均顯示出顯著療效，這種方法操作簡單，并且使用自體細胞進行改造后植入，排異反應降低，還可以根據患者具體情況進行個性化定制，適用于多種癌癥類型，具有巨大的臨床應用潛力。然而，該方法依然存在一些缺陷，比如可能該方法可能會導致患者體重下降，CRISPRa技術的精確性不夠高等，因此仍然需要進行更多的臨床驗證來確保該方法可以安全使用。

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