天普大學(xué)劉易斯·卡茨醫(yī)學(xué)院和內(nèi)布拉斯加大學(xué)醫(yī)學(xué)中心(UNMC)的研究人員在動(dòng)物模型中進(jìn)行的測(cè)試表明，基因編輯兩個(gè)靶標(biāo)：HIV-1和CCR5(幫助病毒的輔助受體)進(jìn)入細(xì)胞——可以有效消除HIV感染。該團(tuán)隊(duì)在人源化小鼠(hu-mice)中使用基于CRISPR的技術(shù)滅活CCR5并從受感染細(xì)胞中切除HIV-1DNA片段，這些小鼠也接受了長(zhǎng)效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物的治療。研究人員表示，這項(xiàng)工作是第一個(gè)將雙基因編輯策略與抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物相結(jié)合來(lái)治愈感染HIV-1的動(dòng)物的工作。
“利用基因編輯技術(shù)將HIV-1DNA切除與CCR5失活結(jié)合起來(lái)的想法是建立在對(duì)人類HIV患者治愈報(bào)告的觀察基礎(chǔ)上的，”LauraH.Carnell教授兼系主任KamelKhalili博士解釋道。路易斯·卡茨醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)、免疫學(xué)和炎癥學(xué)博士，神經(jīng)病毒學(xué)和基因編輯中心主任，以及綜合神經(jīng)艾滋病中心主任。“在人類艾滋病毒治愈的少數(shù)案例中，患者接受了白血病骨髓移植，所使用的供體細(xì)胞攜帶了失活的CCR5突變。”
UNMC藥理學(xué)和體驗(yàn)神經(jīng)科學(xué)系教授兼系主任、醫(yī)學(xué)博士HowardE.Gendelman補(bǔ)充道：“治愈HIV是大局。通過(guò)我們持續(xù)的合作，坦普爾和UNMC進(jìn)行了有意義的研究，最終可能會(huì)影響許多人的生活。”
研究人員在《PNAS》上報(bào)道他們的工作時(shí)表示，“CCR5和HIV-1的CRISPR編輯促進(jìn)了抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物抑制病毒感染的人源化小鼠中的病毒消除，”“重要的是，雙重CRISPR療法在HIV-1治愈方面表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著改善”與單一治療相比的百分比。”
作者指出，目前的HIV-1治療包括抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法(ART)和廣泛中和抗體。此類治療可以減少但不能消除傳染性病毒。HIV將其DNA整合到宿主細(xì)胞的基因組中，并且可以在組織儲(chǔ)存庫(kù)中長(zhǎng)期休眠，而抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物無(wú)法有效治療。因此，當(dāng)抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法停止時(shí)，艾滋病毒就會(huì)重新復(fù)制，從而引發(fā)艾滋病。研究小組指出：“HIV-1在CD4+T細(xì)胞和單核吞噬細(xì)胞(單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞)中建立潛伏期，這是治愈的主要障礙。”
然而，已在三個(gè)病例中記錄了HIV-1感染的功能性治愈，并且在每個(gè)病例中，急性髓系白血病的治療均采用含有HIV-1趨化因子CC趨化因子受體類型雜合或純合突變的同種異體造血干細(xì)胞移植進(jìn)行。五(CCR5Δ32)基因。研究人員解釋說(shuō)：“HIV-1的治愈包括減弱病毒感染的傳播、病毒感染細(xì)胞和組織儲(chǔ)存庫(kù)的存在以及潛在整合的前病毒DNA的缺失。”
鑒于這些患者的治療效果，研究小組推測(cè)，使用基于CRISPR的基因編輯可能會(huì)克服目前消除感染的障礙。新報(bào)告的研究的高級(jí)研究員Khalili和Gendelman是長(zhǎng)期合作者，在之前的工作中，Khalili和Gendelman團(tuán)隊(duì)表明，可以從活體、人源化的HIV感染小鼠的基因組中編輯出HIV，從而導(dǎo)致對(duì)某些動(dòng)物有治愈作用。
在這項(xiàng)研究中，Khalili和共同研究員、卡茨醫(yī)學(xué)院神經(jīng)病毒學(xué)和基因編輯中心助理教授RafalKaminski博士將他們?cè)卺槍?duì)HIV-1的CRISPR基因編輯技術(shù)方面的專業(yè)知識(shí)與治療策略相結(jié)合。這種療法被稱為長(zhǎng)效緩釋(LASER)抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法(ART)，由Gendelman和UNMC藥理學(xué)助理教授BensonEdagwa博士共同開發(fā)。激光抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療可長(zhǎng)時(shí)間將艾滋病毒復(fù)制保持在較低水平，從而降低抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療的頻率。
然而，盡管能夠消除激光藝術(shù)小鼠體內(nèi)的艾滋病毒，研究人員發(fā)現(xiàn)艾滋病毒最終可能會(huì)從組織儲(chǔ)存庫(kù)中重新出現(xiàn)并導(dǎo)致反彈感染。這種效應(yīng)類似于一直在接受抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療但突然停止或治療中斷的人類患者的感染反彈。為了防止反彈感染，Khalili及其同事致力于下一代CRISPR艾滋病毒切除技術(shù)，開發(fā)了一種新的雙重系統(tǒng)，旨在從動(dòng)物模型中永久消除艾滋病毒。“根據(jù)人類艾滋病毒患者因白血病接受骨髓移植并治愈艾滋病毒的成功故事，我們的假設(shè)是，病毒受體CCR5的喪失對(duì)于永久消除艾滋病毒感染非常重要，”Khalili解釋道。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員開發(fā)了一種簡(jiǎn)單且更實(shí)用的CCR5失活程序，其中包括靜脈注射CRISPR基因編輯分子。研究人員進(jìn)一步解釋說(shuō)：“以連續(xù)方式使用兩種CRISPR制劑的目的是阻止ART期間低水平的‘感染傳播’。”“隨后清除殘留的整合HIV-1DNA。該策略旨在影響HIV-1感染小鼠的病毒消除。”
Gendelman團(tuán)隊(duì)在人源化LASER-ART小鼠中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，Temple開發(fā)的構(gòu)建體在一起施用時(shí)，可抑制病毒，恢復(fù)人類T細(xì)胞，并消除58%受感染動(dòng)物中正在復(fù)制的HIV-1。他們的發(fā)現(xiàn)支持了CCR5在促進(jìn)HIV感染中發(fā)揮關(guān)鍵作用的觀點(diǎn)。研究小組總結(jié)道：“通過(guò)針對(duì)宿主CCR5和HIV-1LTR-Gag進(jìn)行CRISPR基因編輯，同時(shí)通過(guò)抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物控制病毒復(fù)制，可以消除受感染動(dòng)物組織庫(kù)中的HIV-1。”“停止ART后11周后沒(méi)有病毒反彈就提供了證據(jù)。”研究人員使用靈敏的PCR和病毒拯救試驗(yàn)來(lái)證實(shí)他們的發(fā)現(xiàn)。
注意到他們工作的局限性，該團(tuán)隊(duì)還表示，“為了實(shí)現(xiàn)100%消除HIV，攜帶切除劑的CRISPR貨物需要到達(dá)所有HIV-1潛伏感染的細(xì)胞和區(qū)室。”盡管如此，他們寫道，“總之，盡管存在明顯的局限性，兩種CRISPR介導(dǎo)的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒策略與ART的組合的順序給藥實(shí)現(xiàn)了有效的HIV-1消除，并具有轉(zhuǎn)化為臨床的潛力......我們證明激光的進(jìn)一步改進(jìn)ART和CRISPR對(duì)hu-mice中的病毒和具有戰(zhàn)略意義的重要細(xì)胞基因(例如CCR5)進(jìn)行組合編輯可能會(huì)實(shí)現(xiàn)并作為臨床試驗(yàn)進(jìn)一步研究的原理證明。”
Gendelman補(bǔ)充道：“我們是真正的合作伙伴，我們?cè)谶@里取得的成就確實(shí)令人驚嘆。Khalili的團(tuán)隊(duì)生成了必要的基因編輯構(gòu)建體，然后我們?cè)趦?nèi)布拉斯加州的LASER-ART小鼠模型中應(yīng)用了這些構(gòu)建體，確定何時(shí)進(jìn)行基因編輯治療并進(jìn)行分析以最大限度地切除HIV-1、CCR5失活和抑制病毒生長(zhǎng)。”
天普?qǐng)F(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)他們很快就會(huì)開始在非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物中評(píng)估雙基因編輯策略。為此，Khalili將與他們的合著者TriciaH.Burdo博士合作，TriciaH.Burdo博士是卡茨醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)、免疫學(xué)和炎癥系的教授兼副主席，她是使用非人類藥物的知名專家。用于研究HIV-1的靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型。Burdo和她的團(tuán)隊(duì)有興趣了解CCR5在感染SIV的靈長(zhǎng)類動(dòng)物中的作用，Burdo實(shí)驗(yàn)室之前在證明基于CRISPR的技術(shù)從靈長(zhǎng)類動(dòng)物細(xì)胞中去除HIVDNA的有效性和安全性的研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
研究人員相信，新的雙重CRISPR基因編輯策略對(duì)于治療人類艾滋病毒具有非凡的前景。“這是一種簡(jiǎn)單且相對(duì)便宜的方法，”哈利利指出。“為人類帶來(lái)治愈的骨髓移植類型是為患有白血病的患者保留的。它需要多輪輻射，不適用于艾滋病毒感染最常見的資源有限地區(qū)。”
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