德国莱布尼茨免疫治疗研究所Luca Gattinoni教授和美国国家心肺血液研究所Warren J. Leonard教授研究团队于2024年8月9在Signal Transduction and Targeted Therapy发表题为“LIM-domain-only 4 (LMO4) enhances CD8+ T-cell stemness and tumor rejection by boosting IL-21-STAT3 signaling”的研究论文，该论文通过合成生物学的方法过表达LMO4，通过IL-21-STAT3 信号通路增强 CD8+ T 细胞的干细胞性、多功能性，和抗肿瘤功效。
T 细胞疗法（T cell-based therapies）可以有效的治疗以前无法治愈的血液系统癌症，但 T 细胞疗法治疗实体瘤的有效性却让人遗憾。最近的研究表明，干细胞样记忆 T 细胞（stem-like memory T cells）在抗肿瘤中起着关键作用，因此调节这类细胞形成为了新的研究重点。通过基因敲除研究发现，例如c-MYB、T 细胞因子1（TCF1）、叉头框蛋白O1（FOXO1）、BTB结构域和CNC同源物2（BACH2）、DNA 结合抑制因子3（ID3）以及信号转导与转录激活因子3（STAT3）等转录调节因子在支持长期免疫响应和记录功能等方面发挥着重要作用。
合成生物学的进步使研究人员能通过基因操控来增强细胞的理想特性。CRISPR激活（CRISPR activation， RISPRa）增益功能筛选是一种强大的工具，用于识别在正常条件下不活跃但在异位表达时可以促进有益表型的基因。
通过分析之前的 CRISPRa 筛选结果，德国莱布尼茨免疫治疗研究所Luca Gattinoni教授和美国国家心肺血液研究所Warren J. Leonard教授领导的研究团队发现LMO4 基因 为 效应CD8+ T 细胞分化的主要抑制因子之一，表明它可能在维持 CD8+ T 细胞处于不成熟的干细胞样状态中发挥着作用。
LMO4 是转录调节因子，属于 LMO 蛋白家族成员，也是唯一在成熟 T 细胞中表达的成员，但其表达量非常低。研究人员最初发现，在促进干细胞样 CD8+ T 细胞的条件下，例如用白细胞介素21 （IL-21） 与乳酸脱氢酶抑制剂 (LDHi) 的组合或使用小分子糖原合成酶激酶-3β (GSK-3β) 抑制剂TWS119，LMO4可持续表达，进一步表明了LMO4在调节 CD8+ T 干细胞性中的潜在功能。
图1：Lmo4过表达增强CD8+ T细胞干性和多功能性
由于其表达量低，LMO4的缺失对CD8+ T 细胞分化以及病毒感染引起的干细胞样细胞的形成只有轻微影响。然而，当研究人员过表达LMO4 时，它就展现出了全部潜力。LMO4 可以协调启动干细胞通用的转录程序，有力地促进了多功能干细胞样 T 细胞的生成，这些细胞在二次召回反应后得到有效维持。这种合成生物学方法也增强了人类干细胞记忆 T 细胞 (TSCM) 的生成，而无需 LDH抑制剂或 GSK-3β抑制剂，而这两者此前已被证明是有效诱导这些细胞所必需的。
图2：Lmo4的表达增加可以增强了CD8+ T 细胞的二次应答（recall responses）。
在同种和异种移植肿瘤模型中，LMO4过表达增强了CD8+ T 细胞通过TCR和CAR重定向 T 细胞对抗实体和血液恶性肿瘤的反应。
图3：Lmo4的强制表达增强CD8+ T细胞抗肿瘤活性
从机制上看，该团队发现 LMO4 并非直接调节基因转录，而是通过 JAK1 结合稳定细胞因子信号复合物来增强 STAT3 信息传导，尤其是对 IL-21 的反应。这导致多个 STAT3 靶基因的强烈诱导，包括 Tcf7、Socs3、Junb 和 Zfp36，所有这些基因都对记忆反应至关重要。
图4：Lmo4 过度表达增强了 STAT3 的磷酸化和 STAT3 靶基因的表达
在使用 CRISPR/Cas9技术删除了Il21r 或 Stat3的 CD8+ T 细胞的实验中，LMO4 促进干细胞样 T 细胞生成的能力及其治疗效果明显减弱，进一步证明了该信号通路在 LMO4 功能中的重要作用。
总体而言，这项研究对于推动更有效的基于 T 细胞的免疫疗法的开发具有重大意义。该策略未来可广泛用于较小的重要基因（<500 个核苷酸 ），用以提高多种 T 细胞治疗方法和多种癌症类型的治疗中。LMO4也有望成为增强 T 细胞疗法的疗效有靶靶点，从而可能为多种癌症治疗带来希望。
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