Nature | 合成超级增强子实现肿瘤精准靶向治疗|位点|免疫性疾病|基序|活性|细胞|肿瘤|选择性|靶向治疗

撰文 | 格格

基因疗法需要在特定细胞群中实现治疗载荷的靶向表达，以保证疗效并减少脱靶效应。虽然可通过递送途径、衣壳工程和调控元件等策略实现选择性【1】，但增强子因其能通过转录因子结合基序招募转录因子决定细胞特异性表达而尤为关键。然而，天然增强子应用于基因治疗载体时常存在序列过大、强度不足、选择性差或含有高GC含量等缺陷。现有的人工增强子构建策略主要局限于筛选短小合成基序并简单串联【2】，这种做法缺乏天然基序之间至关重要的间距、顺序、方向及亲和力等“语法”信息，难以实现真正的细胞类型选择性。值得注意的是，细胞特异的增强子在基因组中常成簇形成超级增强子，通过低亲和力基序的局部聚集来调控细胞身份相关的转录程序。因此，如何设计能够模拟天然超级增强子中转录因子组合语法、同时具备适宜大小和高选择性的合成调控元件，以实现对特定病变细胞的精准基因表达，仍是当前基因治疗领域亟待解决的关键问题。

近日，来自英国爱丁堡大学再生医学中心再生与修复研究所的Steven M. Pollard研究团队在Nature杂志发表题为Synthetic super-enhancers enable precision viral immunotherapy的研究论文，该研究旨在解决基因治疗中天然启动子强度不足、选择性差及尺寸过大的问题，通过将功能验证的增强子片段组装成多部件阵列，开发了合成超级增强子。结果发现，合成超级增强子能够整合胶质母细胞瘤干细胞特异的转录因子网络，单次递送细胞毒性与免疫调节双 payload 即可在小鼠模型中实现治愈性清除并建立免疫记忆。

研究人员首先设计了一个包含4,579个160 bp增强子片段的质粒文库，每个片段均能与SOX2结合并在胶质母细胞瘤干细胞（glioblastoma stem cells，GSC）中具有潜在活性。通过荧光素酶报告基因检测，发现约3%的片段在GSC中的活性超过最小CMV启动子的10倍。进一步筛选确认了135个活性超过10倍的片段，并从中确定了16个高度活性的增强子片段，其在GSC中的活性超过mCMV启动子20倍以上。这些结果表明，天然增强子片段中存在一批具有强转录活性的候选元件，可用于后续合成超级增强子的组装。

为了解这些高活性增强子的调控机制，研究人员在七种不同GSC细胞系中进行了SOX2和SOX9的ChIP-seq分析。结果显示，SOX9的几乎所有结合位点均与SOX2共结合，且这些位点与已知的GSC超级增强子显著重叠。这些共结合位点富集在干细胞功能相关基因（如CDK6和PTPRZ1）附近，且SOX2与SOX9在GBM中的表达呈正相关。这提示SOX2与SOX9协同作用，共同参与维持GSC的干性转录程序，为后续设计靶向该网络的合成增强子提供了理论依据。

研究人员将前16个高活性增强子片段分为四组，构建了四种四聚体SSE。所有SSE在GSC中的活性均超过mCMV启动子，而在成纤维细胞和HEK293细胞中活性极低。其中SSE-7在GSC分化星形胶质细胞后活性迅速下降，证明其对细胞状态的依赖性。EMSA和细胞裂解物实验证实，SSE-7能够结合SOX2和SOX9并形成高阶多聚体复合物，且SOX2和SOX9在该增强子上的亲和力较高。此外，SSE-7的激活不仅依赖SOX2/SOX9的表达，还需要MAPK-ERK等致癌信号通路的参与，表明其作为一个“逻辑门”，仅在同时具备干性特征和致癌信号的GSC中开启，从而实现了高度的细胞选择性。

研究人员将SSE-7与细胞毒载荷及免疫调节载荷IL-12组合，通过AAV载体单次递送至侵袭性GBM小鼠模型中。结果显示，该联合疗法能够高效清除肿瘤，并在24只小鼠中实现20只完全缓解，且长达11个月无复发。单独使用IL-12或HSV-TK/GCV均不及联合治疗的效果。IL-12成功诱导了抗肿瘤免疫记忆，康复小鼠在再次接种肿瘤细胞后表现出完全抵抗力。同时，SSE-7避免了IL-12在正常脑组织中的毒性。在原代人GBM组织和正常皮层样本中，研究人员进一步验证了AAV-SSE-7系统的活性和选择性。综上，SSE-7通过整合GSC特异的转录因子网络与致癌信号，实现了精准的基因治疗与持久的免疫保护。

总之，该研究发现，通过组装天然增强子片段构建的合成超级增强子SSE-7，能在胶质母细胞瘤干细胞中实现高度选择性激活，其依赖SOX2/SOX9与致癌信号的协同作用。基于此开发的AAV双载荷基因疗法在小鼠模型中实现了肿瘤完全清除并诱导长期免疫记忆。该研究为基因治疗提供了一种可编程的高选择性调控元件设计策略，具有广泛的应用前景。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10329-6

制版人：十一

参考文献

1. Li, C. & Samulski, R. J. Engineering adeno-associated virus vectors for gene therapy.Nat. Rev. Genet.21, 255–272 (2020).

2. Wu, M.-R. et al. A high-throughput screening and computation platform for identifying synthetic promoters with enhanced cell-state specificity (SPECS).Nat. Commun. 10, 2880 (2019).

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（*排名不分先后）