在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)達(dá)納法伯癌癥研究所、波士頓兒童醫(yī)院和馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)的研究人員通過(guò)將CRISPR-Cas9基因編輯應(yīng)用于患者自己的造血干細(xì)胞中，開(kāi)發(fā)出一種治療一種最為常見(jiàn)的遺傳性血液疾病---鐮狀細(xì)胞病（sickle cell disease）---的策略。這種方法克服了之前的技術(shù)挑戰(zhàn)，而且要比過(guò)去更有效地對(duì)造血干細(xì)胞進(jìn)行編輯。相關(guān)研究結(jié)果于2019年3月25日在線發(fā)表在Nature Medicine期刊上，論文標(biāo)題為“Highly efficient therapeutic gene editing of human hematopoietic stem cells”。論文通訊作者為Daniel Bauer博士，論文第一作者為Yuxuan Wu和Jing Zeng。

圖片來(lái)自Daniel Bauer/Boston Children's Hospital。

這項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)這些經(jīng)過(guò)基因編輯的造血干細(xì)胞產(chǎn)生得到基因校正的紅細(xì)胞，因而能夠產(chǎn)生功能性的血紅蛋白。

Bauer說(shuō)，“我們認(rèn)為我們的研究確定了一種可能治愈常見(jiàn)的血紅蛋白疾病的策略。將基因編輯與自體干細(xì)胞移植結(jié)合在一起可能是一種治療鐮狀細(xì)胞病、β-地中海貧血和其他血液疾病的方法。”

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的統(tǒng)計(jì)，鐮狀細(xì)胞病和β-地中海貧血每年在世界范圍內(nèi)共影響33.2萬(wàn)人懷孕或分娩。這兩種疾病都涉及β珠蛋白編碼基因發(fā)生突變。在β-地中海貧血中，突變阻止紅細(xì)胞產(chǎn)生足夠多的攜氧血紅蛋白分子，從而導(dǎo)致貧血。在鐮狀細(xì)胞病中，突變導(dǎo)致血紅蛋白改變形狀，使得紅細(xì)胞變形為僵硬的“鐮刀”形狀，從而阻塞血管。

這項(xiàng)新的研究使用了CRISPR-Cas9技術(shù)，特別是馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Scot Wolfe博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行基因修飾過(guò)的Cas9蛋白，來(lái)優(yōu)化基因編輯。在之前對(duì)人造血干/祖細(xì)胞的基因組進(jìn)行編輯的嘗試中，一旦將這些基因編輯的細(xì)胞植入骨髓中，基因編輯的效率、特異性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性就會(huì)發(fā)生變化。這種新技術(shù)提高了基因編輯的靶向性和持久性。

Wolfe說(shuō)，“對(duì)造血干細(xì)胞群體進(jìn)行高效編輯---理想情況下接近100％---對(duì)在患者中實(shí)現(xiàn)持久的治療效果至關(guān)重要。通過(guò)科學(xué)界多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的貢獻(xiàn)，朝著這一目標(biāo)的進(jìn)展一直在推進(jìn)。我的研究團(tuán)隊(duì)與Bauer實(shí)驗(yàn)室合作，致力于提高CRISPR-Cas9技術(shù)的遞送和進(jìn)入細(xì)胞核效率，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)造血干細(xì)胞群體的近乎徹底的治療性編輯。”

Bauer團(tuán)隊(duì)使用這種策略進(jìn)行高度針對(duì)性的基因編輯。之前在波士頓兒童醫(yī)院的研究已表明，讓一種名為BCL11A的基因失活允許紅細(xì)胞即便在出生后也會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生胎兒形式的血紅蛋白。胎兒血紅蛋白不會(huì)產(chǎn)生鐮刀形狀，能夠代替有缺陷的“成年”血紅蛋白。最近，Bauer發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更安全的靶標(biāo)：BCL11A基因的增強(qiáng)子，僅在紅細(xì)胞中有活性。

Bauer說(shuō)，“通過(guò)使用我們開(kāi)發(fā)的這種新型的非常有效的方法，我們能夠在我們收集的幾乎所有的造血干細(xì)胞中對(duì)BCL11A的增強(qiáng)子進(jìn)行編輯，從而克服了對(duì)這些細(xì)胞進(jìn)行基因編輯所面臨的一些技術(shù)挑戰(zhàn)。在我們的實(shí)驗(yàn)中，95%以上的增強(qiáng)子序列拷貝以我們期望的治療方式發(fā)生改變。”

這種策略使得攜帶來(lái)自鐮狀細(xì)胞病患者的造血干細(xì)胞的小鼠能夠產(chǎn)生具有足夠的胎兒血紅蛋白的紅細(xì)胞，從而阻止紅細(xì)胞產(chǎn)生鐮刀形狀。Bauer團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這些經(jīng)過(guò)基因編輯的造血干細(xì)胞在移植到骨髓中后產(chǎn)生得到基因校正的紅細(xì)胞。隨后，當(dāng)從這些小鼠中分離出造血干細(xì)胞并移植到其他小鼠中時(shí)，這些造血干細(xì)胞再次定植并且仍然攜帶治療性的基因變化。

當(dāng)將這一策略應(yīng)用于來(lái)自β-地中海貧血患者的造血干細(xì)胞時(shí)，它恢復(fù)了構(gòu)成血紅蛋白的珠蛋白鏈的正常平衡。

為臨床試驗(yàn)做準(zhǔn)備

這些研究人員正在采取措施將他們開(kāi)發(fā)的BCL11A增強(qiáng)子編輯策略應(yīng)用于臨床。他們正在開(kāi)發(fā)一種臨床級(jí)、規(guī)?；募?xì)胞產(chǎn)品制造方案，并進(jìn)行獲得美國(guó)食品藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)所必需的安全性研究。他們計(jì)劃從美國(guó)心肺血液研究所的鐮狀細(xì)胞病治愈計(jì)劃中尋求資金資助，以便在患者中開(kāi)展臨床試驗(yàn)。

達(dá)納法伯癌癥研究所/波士頓兒童醫(yī)院癌癥血液疾病中心已開(kāi)始進(jìn)行對(duì)鐮狀細(xì)胞病進(jìn)行基因治療的臨床試驗(yàn)。該方法通過(guò)將患者的造血干細(xì)胞暴露在一種攜帶著指令的慢病毒中來(lái)抑制紅細(xì)胞前體細(xì)胞中的BCL11A基因表達(dá)，從而增加胎兒血紅蛋白的產(chǎn)生。

Bauer認(rèn)為繼續(xù)追求這種方法很重要。他說(shuō)，“這些疾病是非常常見(jiàn)的遺傳性疾病，特別是在世界上資源非常有限的地區(qū)。因此，我們需要一系列廣泛的治療選擇，以便為盡可能多的患者提供治療。”

波士頓兒童醫(yī)院是生物技術(shù)公司藍(lán)鳥(niǎo)生物（BlueBird Bio）的股權(quán)持有者，而且一些作者申請(qǐng)了與治療性基因編輯相關(guān)的專利。

如果這種處于研究中的技術(shù)經(jīng)證實(shí)是有益的，那么波士頓兒童醫(yī)院可能會(huì)獲得經(jīng)濟(jì)利益。與所有研究一樣，波士頓兒童醫(yī)院已采取并將繼續(xù)采取一切必要措施，以確保研究對(duì)象的安全性，以及本研究所獲得信息的有效性和完整性。

參考資料：

Yuxuan Wu et al. Highly efficient therapeutic gene editing of human hematopoietic stem cells. Nature Medicine, 2019, doi:10.1038/s41591-019-0401-y.