Nat Med：優化的CRISPR-Cas9基因編輯有望治療鐮狀細胞病

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在一項新的研究中，來自美國達納法伯癌症研究所、波士頓兒童醫院和馬薩諸塞大學醫學院等研究機構的研究人員通過將CRISPR-Cas9基因編輯應用於患者自己的造血幹細胞中，開發出一種治療一種最為常見的遺傳性血液疾病---鐮狀細胞病（sickle cell disease）---的策略。這種方法克服了之前的技術挑戰，而且要比過去更有效地對造血幹細胞進行編輯。相關研究結果於2019年3月25日在線發表在Nature Medicine期刊上，論文標題為「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。

圖片來自Daniel Bauer/Boston Children"s Hospital。

這項新的研究發現這些經過基因編輯的造血幹細胞產生得到基因校正的紅細胞，因而能夠產生功能性的血紅蛋白。

Bauer說，「我們認為我們的研究確定了一種可能治癒常見的血紅蛋白疾病的策略。將基因編輯與自體幹細胞移植結合在一起可能是一種治療鐮狀細胞病、β-地中海貧血和其他血液疾病的方法。」

根據世界衛生組織（WHO）的統計，鐮狀細胞病和β-地中海貧血每年在世界範圍內共影響33.2萬人懷孕或分娩。這兩種疾病都涉及β珠蛋白編碼基因發生突變。在β-地中海貧血中，突變阻止紅細胞產生足夠多的攜氧血紅蛋白分子，從而導致貧血。在鐮狀細胞病中，突變導致血紅蛋白改變形狀，使得紅細胞變形為僵硬的「鐮刀」形狀，從而阻塞血管。

這項新的研究使用了CRISPR-Cas9技術，特別是馬薩諸塞大學醫學院的Scot Wolfe博士領導的一個研究團隊進行基因修飾過的Cas9蛋白，來優化基因編輯。在之前對人造血干/祖細胞的基因組進行編輯的嘗試中，一旦將這些基因編輯的細胞植入骨髓中，基因編輯的效率、特異性和長期穩定性就會發生變化。這種新技術提高了基因編輯的靶向性和持久性。

Wolfe說，「對造血幹細胞群體進行高效編輯---理想情況下接近100％---對在患者中實現持久的治療效果至關重要。通過科學界多個實驗室的貢獻，朝著這一目標的進展一直在推進。我的研究團隊與Bauer實驗室合作，致力於提高CRISPR-Cas9技術的遞送和進入細胞核效率，以便實現對整個造血幹細胞群體的近乎徹底的治療性編輯。」

Bauer團隊使用這種策略進行高度針對性的基因編輯。之前在波士頓兒童醫院的研究已表明，讓一種名為BCL11A的基因失活允許紅細胞即便在出生後也會繼續產生胎兒形式的血紅蛋白。胎兒血紅蛋白不會產生鐮刀形狀，能夠代替有缺陷的「成年」血紅蛋白。最近，Bauer發現了一個更安全的靶標：BCL11A基因的增強子，僅在紅細胞中有活性。

Bauer說，「通過使用我們開發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幹細胞中對BCL11A的增強子進行編輯，從而克服了對這些細胞進行基因編輯所面臨的一些技術挑戰。在我們的實驗中，95%以上的增強子序列拷貝以我們期望的治療方式發生改變。」

這種策略使得攜帶來自鐮狀細胞病患者的造血幹細胞的小鼠能夠產生具有足夠的胎兒血紅蛋白的紅細胞，從而阻止紅細胞產生鐮刀形狀。Bauer團隊發現這些經過基因編輯的造血幹細胞在移植到骨髓中後產生得到基因校正的紅細胞。隨後，當從這些小鼠中分離出造血幹細胞並移植到其他小鼠中時，這些造血幹細胞再次定植並且仍然攜帶治療性的基因變化。

當將這一策略應用於來自β-地中海貧血患者的造血幹細胞時，它恢復了構成血紅蛋白的珠蛋白鏈的正常平衡。

為臨床試驗做準備

這些研究人員正在採取措施將他們開發的BCL11A增強子編輯策略應用於臨床。他們正在開發一種臨床級、規模化的細胞產品製造方案，並進行獲得美國食品藥品管理局（FDA）批准所必需的安全性研究。他們計劃從美國心肺血液研究所的鐮狀細胞病治癒計劃中尋求資金資助，以便在患者中開展臨床試驗。

達納法伯癌症研究所/波士頓兒童醫院癌症血液疾病中心已開始進行對鐮狀細胞病進行基因治療的臨床試驗。該方法通過將患者的造血幹細胞暴露在一種攜帶著指令的慢病毒中來抑制紅細胞前體細胞中的BCL11A基因表達，從而增加胎兒血紅蛋白的產生。

Bauer認為繼續追求這種方法很重要。他說，「這些疾病是非常常見的遺傳性疾病，特別是在世界上資源非常有限的地區。因此，我們需要一系列廣泛的治療選擇，以便為儘可能多的患者提供治療。」

波士頓兒童醫院是生物技術公司藍鳥生物（BlueBird Bio）的股權持有者，而且一些作者申請了與治療性基因編輯相關的專利。

如果這種處於研究中的技術經證實是有益的，那麼波士頓兒童醫院可能會獲得經濟利益。與所有研究一樣，波士頓兒童醫院已採取並將繼續採取一切必要措施，以確保研究對象的安全性，以及本研究所獲得信息的有效性和完整性。

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