來自達納-法伯/波士頓兒童癌癥和血液學中心和麻省大學醫(yī)學院的研究人員開發(fā)了一種策略，利用CRISPR-Cas9基因編輯患者自身的血液干細胞來治療兩種最常見的遺傳性血液疾病——鐮狀細胞病和地中海貧血。本周，在《自然醫(yī)學與血液》1月份的報道中，描述了他們的方法克服了以前的技術挑戰(zhàn)，比以前更有效地編輯了血液干細胞。
這兩項研究表明，經過基因編輯的細胞會產生經過基因修飾的紅細胞和功能性血紅蛋白。
“我們認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)學博士，Dana-Farber/波士頓兒童醫(yī)生，也是兩篇論文的資深作者?！皩⒒蚓庉嬇c自體干細胞移植相結合，可能是治療鐮狀細胞病、-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，突變會阻止紅細胞產生足夠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，將紅細胞扭曲成僵硬的“鐮刀”形狀，堵塞血管。
更有效的編輯
在自然醫(yī)學研究中，使用了CRISPR-Cas9技術，麻省大學醫(yī)學院蘇格蘭人Wolfe博士領導的研究團隊對Cas9蛋白的基因編輯進行了修改，尤其是優(yōu)化。在以往編輯人類血液干細胞和祖細胞基因組的嘗試中，一旦將細胞植入骨髓，編輯的效率、特異性和長期穩(wěn)定性都會發(fā)生變化。這項新技術提高了編輯器的定位和持久性。
馬薩諸塞州大學醫(yī)學院分子、細胞和癌癥生物學系教授沃爾夫說：“有效編輯血液干細胞群體——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^科學界許多實驗室的貢獻，實現(xiàn)了這一目標的進展。我們的研究團隊與鮑爾實驗室合作，致力于提高CRISPR-Cas9技術的輸送和入核效率，實現(xiàn)幾乎完整的全血干細胞群體的治療編輯。”
鮑爾的團隊利用這一策略進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胞在出生后繼續(xù)產生胎兒血紅蛋白。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胞中編輯BCL11A增強子，并克服了編輯這些細胞的一些技術挑戰(zhàn)?！霸谖覀兊膶嶒炛校^95%的增強子序列拷貝以我們預期的方式發(fā)生了變化。”
這種策略使攜帶鐮狀細胞病患者血液干細胞的小鼠能夠產生具有足夠胎兒血紅蛋白的紅細胞，以防止鐮狀細胞。研究小組發(fā)現(xiàn)，經過基因編輯的細胞被注射到血液中，植入骨髓，產生經過基因修飾的紅細胞。后來，當從這些小鼠身上分離出血液干細胞并移植到其他小鼠體內時，這些細胞再次被移植，仍然攜帶著治療基因的變化。
當應用于-地中海貧血患者的血液干細胞時，同樣的策略恢復了構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了他們的細胞，這些細胞在培養(yǎng)皿中進行操作。對于一些患者，麻省大學的團隊生產了一種不同的酶Cas12a，以更有效地靶向他們的突變。CRISPR系統(tǒng)有效地編輯和恢復了每個患者血細胞中-珠蛋白的正常剪接。
為臨床試驗打下基礎。
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、按比例放大的細胞產品制造方案，并進行美國食品和藥物管理局批準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胞項目中尋求資金，為患者進行臨床試驗。
達納-法伯/波士頓兒童醫(yī)院已經開始了鐮狀細胞病基因治療的臨床試驗。該方法通過將患者的血液干細胞暴露于攜帶敲除紅細胞前體中BCL11A基因的指令的慢病毒中來增加胎兒血紅蛋白的產生。
鮑爾認為繼續(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》論文的共同第一作者；鮑爾是記者。《丹法伯/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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