來自達(dá)納-法伯/波士頓兒童癌癥和血液學(xué)中心和麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種策略，利用CRISPR-Cas9基因編輯患者自身的血液干細(xì)胞來治療兩種最常見的遺傳性血液疾病——鐮狀細(xì)胞病和地中海貧血。本周，在《自然醫(yī)學(xué)與血液》1月份的報道中，描述了他們的方法克服了以前的技術(shù)挑戰(zhàn)，比以前更有效地編輯了血液干細(xì)胞。
這兩項研究表明，經(jīng)過基因編輯的細(xì)胞會產(chǎn)生經(jīng)過基因修飾的紅細(xì)胞和功能性血紅蛋白。
“我們認(rèn)為我們的工作定義了一種可以治療常見血紅蛋白疾病的策略，”丹尼爾鮑爾(Daniel Bauer)說，他是醫(yī)學(xué)博士，Dana-Farber/波士頓兒童醫(yī)生，也是兩篇論文的資深作者。“將基因編輯與自體干細(xì)胞移植相結(jié)合，可能是治療鐮狀細(xì)胞病、-地中海貧血等血液疾病的一種方法?！?
根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計，鐮狀細(xì)胞病和-地中海貧血每年影響全球33.2萬個概念或出生。這兩種疾病都涉及珠蛋白基因的突變。在-地中海貧血中，突變會阻止紅細(xì)胞產(chǎn)生足夠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，將紅細(xì)胞扭曲成僵硬的“鐮刀”形狀，堵塞血管。
更有效的編輯
在自然醫(yī)學(xué)研究中，使用了CRISPR-Cas9技術(shù)，麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院蘇格蘭人Wolfe博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊對Cas9蛋白的基因編輯進(jìn)行了修改，尤其是優(yōu)化。在以往編輯人類血液干細(xì)胞和祖細(xì)胞基因組的嘗試中，一旦將細(xì)胞植入骨髓，編輯的效率、特異性和長期穩(wěn)定性都會發(fā)生變化。這項新技術(shù)提高了編輯器的定位和持久性。
馬薩諸塞州大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子、細(xì)胞和癌癥生物學(xué)系教授沃爾夫說：“有效編輯血液干細(xì)胞群體——理想情況下接近100%——對于為患者實現(xiàn)持久的治療效果非常重要?！巴ㄟ^科學(xué)界許多實驗室的貢獻(xiàn)，實現(xiàn)了這一目標(biāo)的進(jìn)展。我們的研究團(tuán)隊與鮑爾實驗室合作，致力于提高CRISPR-Cas9技術(shù)的輸送和入核效率，實現(xiàn)幾乎完整的全血干細(xì)胞群體的治療編輯?！?
鮑爾的團(tuán)隊利用這一策略進(jìn)行了針對性很強的編輯。波士頓兒童醫(yī)院先前的研究表明，一種叫做BCL11A的基因失活可以使紅細(xì)胞在出生后繼續(xù)產(chǎn)生胎兒血紅蛋白。胎兒血紅蛋白不是鐮刀形的，可以替代有缺陷的“成人”血紅蛋白。最近，鮑爾發(fā)現(xiàn)了一個更安全的靶點：BCL11A的遺傳增強子，它只在紅細(xì)胞中有活性。
鮑爾說：“通過我們新的非常有效的方案，我們可以在幾乎所有收集的血液干細(xì)胞中編輯BCL11A增強子，并克服了編輯這些細(xì)胞的一些技術(shù)挑戰(zhàn)?！霸谖覀兊膶嶒炛?，超過95%的增強子序列拷貝以我們預(yù)期的方式發(fā)生了變化?！?
這種策略使攜帶鐮狀細(xì)胞病患者血液干細(xì)胞的小鼠能夠產(chǎn)生具有足夠胎兒血紅蛋白的紅細(xì)胞，以防止鐮狀細(xì)胞。研究小組發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過基因編輯的細(xì)胞被注射到血液中，植入骨髓，產(chǎn)生經(jīng)過基因修飾的紅細(xì)胞。后來，當(dāng)從這些小鼠身上分離出血液干細(xì)胞并移植到其他小鼠體內(nèi)時，這些細(xì)胞再次被移植，仍然攜帶著治療基因的變化。
當(dāng)應(yīng)用于-地中海貧血患者的血液干細(xì)胞時，同樣的策略恢復(fù)了構(gòu)成血紅蛋白的珠蛋白鏈的正常平衡。
發(fā)表在《血液》雜志上的另一項研究使用了類似的基因編輯方案來靶向-地中海貧血的形式，這涉及到剪接突變——-珠蛋白基因附近的一個DNA位置錯誤，它改變了基因被讀出來組裝-珠蛋白的方式。在這項研究中，9名地中海貧血患者捐獻(xiàn)了他們的細(xì)胞，這些細(xì)胞在培養(yǎng)皿中進(jìn)行操作。對于一些患者，麻省大學(xué)的團(tuán)隊生產(chǎn)了一種不同的酶Cas12a，以更有效地靶向他們的突變。CRISPR系統(tǒng)有效地編輯和恢復(fù)了每個患者血細(xì)胞中-珠蛋白的正常剪接。
為臨床試驗打下基礎(chǔ)。
研究人員正在采取措施，將BCL11A增強子的編輯策略帶到臨床。他們正在開發(fā)一種臨床級的、按比例放大的細(xì)胞產(chǎn)品制造方案，并進(jìn)行美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)的必要的安全性研究。他們計劃從國家心肺血液研究所的治愈鐮狀細(xì)胞項目中尋求資金，為患者進(jìn)行臨床試驗。
達(dá)納-法伯/波士頓兒童醫(yī)院已經(jīng)開始了鐮狀細(xì)胞病基因治療的臨床試驗。該方法通過將患者的血液干細(xì)胞暴露于攜帶敲除紅細(xì)胞前體中BCL11A基因的指令的慢病毒中來增加胎兒血紅蛋白的產(chǎn)生。
鮑爾認(rèn)為繼續(xù)追求這兩種方法很重要。他說：“這些疾病是非常常見的遺傳疾病，尤其是在世界上資源非常有限的地區(qū)?！耙虼?，我們需要廣泛的治療選擇，為盡可能多的患者提供治療。”
Dana-Farber/Boston Children的吳宇軒和景增是《自然醫(yī)學(xué)》論文的共同第一作者；鮑爾是記者?！兜しú?波士頓兒童》的徐是《血書》的第一作者；鮑爾和沃爾夫是合著者。
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