優(yōu)化β地中海貧血基因編輯治療

深圳子科生物報(bào)道：Dana-Farber/Boston兒童癌癥和血液疾病中心以及麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員在《Nature Medicine》發(fā)文，將CRISPR-Cas9基因編輯應(yīng)用于鐮狀細(xì)胞（貧血）病和β-地中海貧血患者自身的血液干細(xì)胞，加上今年1月他們在《Blood》發(fā)表的報(bào)告，該方法克服了先前的技術(shù)挑戰(zhàn)，可更高效地對血液干細(xì)胞進(jìn)行編輯。

兩項(xiàng)研究表明，經(jīng)基因修飾的細(xì)胞生成了遺傳校正的血紅細(xì)胞和功能性的血紅蛋白。

兩篇文章的通訊作者、主治醫(yī)師Daniel Bauer 博士說：“我們認(rèn)為，我們的工作定義了一種可以治愈常見血紅蛋白紊亂的策略，將基因編輯與自體干細(xì)胞移植相結(jié)合可以治愈鐮狀細(xì)胞貧血病、β-地中海貧血等其他血液疾病?！?

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，全世界每年懷孕或分娩332,000例鐮狀細(xì)胞貧血病和β-地中海貧血，這兩種疾病都涉及β-珠蛋白基因突變。在β-地中海貧血中，突變阻止紅細(xì)胞產(chǎn)生足夠的含氧血紅蛋白分子，導(dǎo)致貧血。在鐮刀狀細(xì)胞貧血中，突變導(dǎo)致血紅蛋白改變形狀，使紅細(xì)胞變形成僵硬的鐮狀，堵塞血管。

更高效的編輯

《Nature Medicine》這篇文章使用了CRISPR-Cas9技術(shù)，經(jīng)麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院Scot Wolfe教授團(tuán)隊(duì)修飾的Cas9蛋白，比以往的人類造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞基因組編輯嘗試的效率、特異性和長期穩(wěn)定性更高，新方法提高了編輯的靶向性和耐用性。

“有效地編輯血干細(xì)胞，理想的話最好接近100%，對于患者獲得持久的治療效果至關(guān)重要，”Wolfe教授說?！巴ㄟ^科學(xué)界多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的共同努力，我們不斷接近這一目標(biāo)。我們團(tuán)隊(duì)與Bauer實(shí)驗(yàn)室合作，致力于提高CRISPR-Cas9技術(shù)的輸送效率和入核，以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)血液干細(xì)胞群的幾乎完全治愈性編輯?！?

Bauer團(tuán)隊(duì)利用這一策略進(jìn)行了高靶向編輯。波士頓兒童醫(yī)院之前的研究表明，BCL11A基因失活后，出生后紅細(xì)胞也能繼續(xù)生產(chǎn)胎兒形式的血紅蛋白。胎兒血紅蛋白不是鐮狀的，可以替代有缺陷的“成人”血紅蛋白。最近，Bauer發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更安全的靶標(biāo)：只在紅細(xì)胞中起作用的BCL11A基因的增強(qiáng)子。

“有了更高效的新方法，幾乎所有收集到的血液干細(xì)胞都得到了編輯，克服了此前的一些技術(shù)挑戰(zhàn)，”Bauer說?！霸谶@項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，95%以上的增強(qiáng)子序列拷貝以我們預(yù)期的治療方式被改變了。”

鐮狀細(xì)胞病患者血干細(xì)胞以及小鼠模型都顯示，可以產(chǎn)生具有足夠數(shù)量的含有胎兒血紅蛋白的紅細(xì)胞，以阻止細(xì)胞鐮狀分裂。研究小組發(fā)現(xiàn)，將這些被編輯的細(xì)胞注入血液，植入骨髓，產(chǎn)生了基因修飾的紅細(xì)胞，后來，從這些小鼠身上分離出血干細(xì)胞，再移植給其他小鼠，其他小鼠也產(chǎn)生了攜帶治療基因的變化。

應(yīng)用于β-地中海貧血患者的血液干細(xì)胞，同樣的策略恢復(fù)了組成血紅蛋白的球蛋白鏈的正常水平。

另一項(xiàng)發(fā)表在《Blood》雜志上的研究使用了一種類似的基因編輯操作，以剪接突變的β-地中海貧血為目標(biāo)，從而改變β-球蛋白基因附近的錯(cuò)誤DNA被讀出影響β-球蛋白的組裝方式。在這項(xiàng)研究中，9名β-地中海貧血患者捐獻(xiàn)了他們的細(xì)胞。對于一些患者，麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究小組采用了另一種酶， Cas12a，以更有效地針對他們的突變。CRISPR系統(tǒng)有效地編輯和恢復(fù)了每位患者血細(xì)胞的β-球蛋白的正常拼接。

研究人員正準(zhǔn)備將他們的BCL11A增強(qiáng)子編輯策略應(yīng)用于臨床。所以他們正在開發(fā)臨床等級的細(xì)胞產(chǎn)品制造擴(kuò)大方案，并進(jìn)行必要的安全研究，以獲得FDA批準(zhǔn)。他們計(jì)劃從“國家心臟、肺和血液研究所”的“治愈鐮刀細(xì)胞倡議”中尋求資金，以啟動一項(xiàng)針對患者的臨床試驗(yàn)。

Dana-Farber/Boston醫(yī)院已經(jīng)開始了鐮狀細(xì)胞貧血病基因治療的臨床試驗(yàn)，這種方法是通過將患者的血液干細(xì)胞暴露于慢病毒中來增加胎兒血紅蛋白的產(chǎn)生，慢病毒攜帶指令敲除紅細(xì)胞前體的BCL11A基因。

Dana-Farber/Boston兒童醫(yī)院的Jing Zeng和Yuxuan Wu是《Nature Medicine》文章的共同第一作者，Bauer是通訊作者。Dana-Farber/Boston兒童醫(yī)院的Shuqian Xu是《Blood》文章的第一作者，Bauer和Wolfe是本文的共同通訊作者。幾位作者已經(jīng)申請了與治療性基因編輯有關(guān)的專利。

如果該研究被證明是有益的，波士頓兒童醫(yī)院可能會獲得經(jīng)濟(jì)利益，與所有研究一樣，醫(yī)院采取并將繼續(xù)貫徹所有的必要步驟，以確保研究的安全性，以及本研究所獲得信息的有效性和完整性。

原文檢索：Highly efficient therapeutic gene editing of human hematopoietic stem cells

Editing aberrant splice sites efficiently restores β-globin expression in β-thalassemia