两篇论文证明:基因编辑为镰状细胞病和β地中海贫血患者带来福音

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(来源生物探索)说起遗传性血液疾病,最为常见的莫过是镰状细胞病和β地中海贫血。据世界卫生组织统计,镰状细胞病和地中海贫血每年影响全球33.2万名孕妇或新生儿。这两种疾病都涉及球蛋白基因的突变。在地中海贫血中,突变阻止红细胞产生足够的携氧血红蛋白分子,进而导致贫血。在镰状细胞病中,这种基因突变导致血红蛋白改变形状,将红细胞扭曲成僵硬的“镰状”,从而堵塞血管。目前还没有成熟的基因治疗药物。

Hematologist Daniel Bauer博士

近日,波士顿儿童癌症与血液疾病中心和马萨诸塞大学医学院的研究人员们开发了一项治疗这两种常见的遗传性血液疾病的策略,即将CRISPR-Cas9基因编技术辑应用于患者自身的血液干细胞。

上周《Nature Medicine》和此前1月《Blood》杂志分别报道了这种新方法,它克服了先前的技术挑战,更为有效地编辑血液干细胞。

这两项研究表明,经过基因编辑的细胞产生经过基因修正的红细胞能够产生功能性血红蛋白。

两篇论文的资深作者、波士顿儿童医院的主治医生Daniel Bauer博士说,“我们认为我们的工作定义了一种可以治疗常见血红蛋白疾病的策略,将基因编辑与自体干细胞移植相结合,可以治疗镰状细胞病、β-地中海贫血和其他血液疾病。”

更高效的编辑方法

在以前的人类血液干细胞和祖细胞基因组编辑的尝试中,一旦细胞移植到骨髓中,编辑的效率、特异性和长期稳定性都会发生变化。《Nature Medicine》杂志上的研究使用了CRISPR-Cas9技术。由马萨诸塞州立大学医学院博士Scot Wolfe领导的一个团队修改了Cas9蛋白,以优化基因编辑。新方法提高了编辑的针对性和耐久性。

Wolfe博士说:“对血液干细胞群进行有效的编辑(理想情况下是达到100%),这对患者实现持久的治疗效果至关重要。我的研究团队与Bauer实验室合作,致力于提高CRISPR-Cas9技术的传输和核输入效率,以实现对整个血液干细胞群的近乎完整的治疗编辑。”

Bauer团队利用这一方法进行了有针对性的编辑。波士顿儿童医院之前的研究表明,失活BCL11A基因,可以让红细胞在出生后继续产生胎儿形式的血红蛋白。胎儿血红蛋白不会是镰刀形,可以代替有缺陷的“成人”血红蛋白。最近,Bauer发现了一个更安全的目标:一种只在红细胞中活跃的BCL11A基因增强剂。

Bauer说:“有了新的有效的方法,我们几乎可以在我们收集的所有血液干细胞中编辑BCL11A增强子,克服了编辑这些细胞的一些技术挑战。在的实验中,95%以上的增强子序列会以我们预期的治疗方式被改变。”

研究小组发现,经过基因编辑的细胞被重新注入血液,植入骨髓,并产生经过基因修正的红细胞。之后,当从这些小鼠中分离出血液干细胞并移植到其他小鼠中时,这些细胞再次被植入,仍然携带治疗基因的变化。

左边未经编辑的红细胞包括许多畸形的“镰刀”细胞,用红色箭头表示。这些在由基因编辑的血液干细胞制成的红细胞中基本消失。图片来源:Daniel Bauer /波士顿儿童医院

同样方法也可以应用于治疗β-地中海贫血患者。发表在《Blood》杂志的这项研究表明,9名患有β地中海贫血的患者捐赠了他们的细胞,这些细胞在培养皿中进行处理。对于一些患者,马萨诸塞州立大学的研究小组用一种不同的酶Cas12a,以更有效地靶向其突变。CRISPR系统有效地编辑并恢复了来自每个患者的血细胞中β-珠蛋白的正常剪接。

为临床试验奠定基础

研究人员正在采取措施将他们的BCL11A增强器编辑策略应用于临床。他们正在开发一种临床级的、规模化的细胞产品生产方案,并进行必要的安全研究,以获得FDA的监管批准。他们计划从国家心肺血液研究所的镰状细胞治疗计划中寻求资金,在病人身上进行临床试验。

波士顿儿童医院已经开始了镰状细胞病基因治疗的临床试验。这种方法通过将患者的血液干细胞暴露在一种携带指令的慢病毒中,以敲掉红细胞前体中的BCL11A基因,从而增加胎儿血红蛋白的生成。

Bauer说,“这些疾病是非常常见的遗传性疾病,在世界上资源非常有限的地区尤其常见。所以我们需要一套广泛的治疗方案,让尽可能多的病人都能接受治疗。”

End参考资料:

1)Researchers optimize gene editing for SCD and beta thalassemia

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