萊斯大學(xué)研究表明，使用CRISPR-Cas9和一個校正的短DNA模板修復(fù)患者造血干細胞（HSCs）中的鐮狀細胞突變是有效和安全的。
萊斯大學(xué)布朗工程學(xué)院的生物工程師Gang Bao與德克薩斯州兒童醫(yī)院、貝勒醫(yī)學(xué)院和斯坦福大學(xué)合作進行了這項研究。Bao和Vivien Sheehan是貝勒醫(yī)學(xué)院的助理教授，也是德克薩斯州兒童血液學(xué)中心鐮刀細胞項目的成員。
文章發(fā)表在開放獲取的學(xué)術(shù)期刊《Nucleic Acids Research》。
痛苦的、往往致命的鐮狀細胞病影響了大約10萬美國人和全世界數(shù)百萬人。血紅蛋白亞單位β（又名β-珠蛋白）的一次突變迫使正常的盤狀紅細胞變硬并形成特有的鐮刀形。這些細胞會破壞血管壁，使小血管凝結(jié)，阻止氧氣向組織輸送。
如今，一些患有這種疾病的人用來自匹配捐贈者的干細胞進行治療，研究人員說，然而事實上，只有不到15%的患者可以選擇這個策略。一個更好的策略是修改病人自己的造血干細胞和祖細胞（HSPCs），理論上適用于每個病人而且不會有排斥風(fēng)險。
理想情況下，從患者骨髓中分離出干細胞進行基因編輯和測試，同時化療減少患者體內(nèi)的干細胞為編輯后注入的細胞騰出空間。Bao說，然后這些被矯正的細胞將被移植回病人體內(nèi)，在那里它們可以增殖并產(chǎn)生健康的血細胞。
在這項新研究中，Bao和他的團隊首次在嚙齒類動物身上測試了患者的HSPCs，并證明，基因編輯細胞中的一部分可以存活4個月，并具有功能。
實驗用干細胞來自5名患者的外周血和2名患者的骨髓，均由Sheehan提供。Sheehan實驗室對編輯后的細胞所產(chǎn)生的血紅蛋白類型進行了表征，結(jié)果表明，基因編輯可以提供足夠的保護性和正常的血紅蛋白，即使在嚴(yán)重缺氧的情況下也能阻止鐮刀病的發(fā)生。
早期使用的野生型Cas9蛋白——以化膿性鏈球菌的DNA為靶點并切割特定部分的“剪刀”——導(dǎo)致干細胞出現(xiàn)了高水平的意外DNA編輯。這些非目標(biāo)編輯包括大量染色體缺失和可能導(dǎo)致疾病的反作用。
在第二輪測試中，萊斯大學(xué)實驗室采用了由集成DNA技術(shù)開發(fā)的最新“高保真”版本Cas9。Bao說，它能顯著減少脫靶編輯。
并非所有從鐮刀突變患者身上分離出來的干細胞都能通過基因編輯來加以修整。根據(jù)Bao實驗室的實驗，它最多能修復(fù)40%的缺陷，另外50%的細胞，雖然DNA被切斷了，但沒有被正確的DNA模板修復(fù)。盡管如此，這似乎也能促進了干細胞表達胎兒血紅蛋白（HbF）。
眾所周知，胎兒血紅蛋白可以減弱鐮狀細胞病的影響。Bao懷疑，如果編輯過的細胞中胎兒血紅蛋白持續(xù)表達，將有90%的患者干細胞或是被正確矯正，或是通過表達胎兒血紅蛋白的方式阻止鐮刀突變。
Bao說：“我們希望，如果我們從患者骨髓中取出一部分HSPCs，消除體內(nèi)剩余突變干細胞，然后編輯好HSPCs并將其送回，基因矯正和HbF表達細胞的結(jié)合將足以治愈這種疾病?！?/span>
他說，大約10%的干細胞繼續(xù)產(chǎn)生鐮狀細胞應(yīng)該不是一個大問題?！昂孟⑹?，正常的紅細胞壽命是鐮刀細胞的9倍。意味著隨著時間的推移，大部分紅細胞都將替換成正常細胞，也就是我們希望看到的情景?！?/span>
研究人員還不知道切割β-珠蛋白以提高胎兒血紅蛋白水平是否會帶來長期益處，或者是否有可能誘發(fā)降低血紅蛋白產(chǎn)生的β-地中海貧血?！帮L(fēng)險是有的，我們需要更好地理解它，”Bao說。
目前仍不清楚需要編輯多少干細胞才能長期緩解患者病情?！拔覀儾恢莱C正多少百分比的HSCs才能有效地治療鐮狀細胞病，”Bao說?！坝行┤苏f只需要百分之幾，有些人說需要5-10%。我估計5%左右就足夠了，但確切的百分比只能通過臨床試驗確定?！?/span>
“人類試驗可能還要‘飛’一段時間，”他說。“從技術(shù)上講，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好進行臨床試驗了。但是，哪怕僅獲得試驗批準(zhǔn)就需要大量的資源。我們需要編寫數(shù)據(jù)并做額外的實驗來解決安全問題?！?/span>
參考文獻：
Highly efficient editing of the β-globin gene in patient-derived hematopoietic stem and progenitor cells to treat sickle cell disease
