美国科学家利用CRISPR-Cas9技术编辑了造血干细胞特定亚群的基因组，其可作为一种逆转镰状细胞疾病(SCD)和β-地中海贫血等血液病临床症状的方法。β-血红蛋白病是由基因突变引起的，可导致血红蛋白的异常产生。弗雷德·哈钦森癌症研究中心(Fred Hutchinson Cancer Research center)领导的非人类灵长类动物研究小组没有试图修复成年血红蛋白的缺陷基因，而是使用CRISPR-Cas9编辑技术关掉细胞产生胎儿血红蛋白的基因刹车。这种形式的血红蛋白是在胎儿和新生儿中产生，但通常在出生后不久，当身体转换为可产生成年血红蛋白时，几乎就完全关闭了。
图片来源于GEN官网 www.genengnews.com
原理验证研究的结果表明，利用CRISPR-Cas9技术将相关基因修饰引入到特定的干细胞亚群中是可能的，这些干细胞随后分化为产生胎儿血红蛋白的血细胞。修饰的干细胞亚群将有效地降低血液疾病基因编辑治疗的成本，同时将脱靶效应的风险降至最低。
这项研究是科学家首次专门编辑成人血液干细胞（血液和免疫系统中所有细胞的来源）特定亚群的基因组成。“针对这部分干细胞可能会帮助数百万血液疾病患者。”弗雷德·哈钦森癌症研究中心临床研究部、干细胞和基因治疗项目主任Hans-Peter Kiem博士说道。“我们不仅能够高效地编辑细胞，还展示了它们在高水平上的高效移植，这给了我们很大的希望，我们可以把它转化为一种有效治疗人类疾病的方法。”
弗雷德·哈钦森癌症研究中心临床研究部
干细胞和基因治疗项目主任
Hans-Peter Kiem博士
相关研究成果以题为“Therapeutically relevant engraftment of a CRISPR-Cas9–edited HSC-enriched population with HbF reactivation in nonhuman primates”发表在Science Translational Medicine期刊上，Kiem博士是该研究的通讯作者。
β-血红蛋白病（如SCD和β-地中海贫血）是由单个基因突变引起的最常见的遗传疾病之一。唯一有效的治疗方法是移植供体血液干细胞，但供体数量不足，而且治疗也并非没有潜在的并发症。β-血红蛋白病的临床症状自然看起来不太严重，然而，患者存在的基因突变使他们继续产生胎儿血红蛋白（血红蛋白的一种形式，通常只有在出生后几个月产生），之后身体切换到完全生产成人血红蛋白。这种良性的遗传条件被称为遗传性持续性HbF (HPFH)。胎儿血红蛋白作为成人血红蛋白替代物的能力，为SCD和地中海贫血等疾病提供了替代策略。文章作者指出：“胎儿血红蛋白(HbF)的再活化正被作为血红蛋白病的治疗策略。”
在Kiem博士报道的研究中，研究人员分离了非人类灵长类动物CD34受体表达造血干祖细胞(HSPCs)群和更有针对性的CD34+CD90+CD45RA-造血干细胞(HSCs)群。然后，他们利用CRISPR-Cas9技术引入突变，重现了通常在HPFH中发现的突变，并将经过编辑的CD34+ HSPCs或更具靶向性的CD90+CD45RA -细胞“不超过CD34+细胞总数的10%”移植到恒河猕猴体内。初步试验证实，高达78％的细胞进行了编辑，并且在移植到动物体内后细胞成功移植。仅编辑CD34+CD90+CD45RA-细胞意味着研究人员可以将目标细胞数量减少10倍以上。“...仅对CD90+CD45RA-群体进行编辑，其体内编辑效果与当前针对整个CD34+细胞群体的临床金标准相当。”
将编辑过的HSPC或HSC细胞移植到猕猴体内6个月后，对猕猴骨髓（BM）的分析证实：移植的细胞分化成完整的血细胞，并有证据证明CRISPR产生的基因突变持续存在。“...基因编辑的CD34+CD90+CD45RA-和富含HSC的细胞能够归巢和重新填充BM干细胞室，从而产生基因编辑的淋巴细胞、骨髓细胞和红细胞的平衡输出，” Kiem博士研究团队写道。
约30%的血细胞含有编辑，导致近20%的血红细胞来自于含胎儿血红蛋白的靶HSC群体。作者认为，成功地持续编辑这种数量少得多的HSC细胞意味着这种方法可以在规模上更经济有效。“编辑后的细胞有效且稳定地重新激活了HbF，外周血中高达18% HbF表达的红细胞证明了这一点。”作者写道。“通过编辑由CD34+CD90+CD45RA-标记物定义的高度富集的干细胞，也得到了类似的结果，这允许移植目标细胞的数量减少10倍…从而规避了扩大规模和减少编辑试剂需求的相关问题，而不影响造血恢复、移殖或HbF再活化。”
研究人员对恒河猕猴进行了长达一年半的监测，没有发现对成熟血细胞构成有任何不利影响的证据。也没有证据表明有脱靶效应。“由于CRISPR技术仍处于开发的早期阶段，证明我们的方法是安全的非常重要，”该论文第一作者、Kiem实验室科学家Olivier Humbert博士评论道。“我们在经过编辑的细胞中没有发现有害的脱靶突变，我们目前正在进行长期的随访研究，以证实没有任何不良反应。”
论文第一作者、Kiem实验室科学家
Olivier Humbert博士
作者认为，他们的基因组编辑方法有潜力”通过引入靶向的、自然发生的HPFH突变，为血红蛋白病患者提供一种治疗选择…与我们之前在NHP模型中使用锌指核酸酶或TALENs处理的细胞相比，这些结果表明基因编辑的CD34+ HSPCs的移植有了很大的改善。”他们的结论是:“在我们的研究中，使用批量CD34+或CD34+CD90+CD45RA-亚群进行体内基因编辑的程度应该在治疗相关的范围内，适用于许多遗传疾病。”
Kiem希望他们的研究结果能为将来人类治疗相关血红蛋白疾病铺平道路。“我们用这种方法观察到20%含有胎儿血红蛋白的红细胞，这已经接近足以逆转镰状细胞疾病症状的水平。”作者认为，基因编辑技术也可以应用于其他疾病。基姆说:“通过演示如何对这组经过挑选的细胞进行有效的编辑，我们希望用同样的方法来治疗艾滋病毒和某些癌症等。” Kiem博士表示。
资料来源：
联系客服
