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CRISPR基因治疗血液病的最新进展
时间:2019-04-03 15:38:48  作者:微微  来源:生物通
 近日,Dana-Farber/Boston儿童癌症和血液疾病中心以及麻省大学医学院的研究人员在《Nature Medicine》发文,将CRISPR-Cas9基因编辑应用于镰状细胞(贫血)病和β-地中海贫血患者自身的血液干细胞,加上今年1月他们在《Blood》发表的报告,该方法克服了先前的技术挑战,可更高效地对血液干细胞进行编辑。
  血液病是原发于造血系统的疾病,或影响造血系统伴发血液异常改变,以贫血、出血、发热为特征的疾病。引起血液病的因素很多,诸如:化学因素、物理因素、生物因素、遗传、免疫、污染等,都可以成为血液病发病的诱因或直接原因,由于这些原因很多是近几十年现代工业的产物,从而使血液病的发病率有逐年增高的趋势,可以说,血液病是一种现代病。目前对于血液病的治疗主要以中西医结合疗法为主,但效果甚微。

图注:优化β地中海贫血基因编辑治疗
  近日,Dana-Farber/Boston儿童癌症和血液疾病中心以及麻省大学医学院的研究人员在《Nature Medicine》发文,将CRISPR-Cas9基因编辑应用于镰状细胞(贫血)病和β-地中海贫血患者自身的血液干细胞,加上今年1月他们在《Blood》发表的报告,该方法克服了先前的技术挑战,可更高效地对血液干细胞进行编辑。
  两项研究表明,经基因修饰的细胞生成了遗传校正的血红细胞和功能性的血红蛋白。
  两篇文章的通讯作者、主治医师Daniel Bauer 博士说:“我们认为,我们的工作定义了一种可以治愈常见血红蛋白紊乱的策略,将基因编辑与自体干细胞移植相结合可以治愈镰状细胞贫血病、β-地中海贫血等其他血液疾病。”
  根据世界卫生组织的数据,全世界每年怀孕或分娩332,000例镰状细胞贫血病和β-地中海贫血,这两种疾病都涉及β-珠蛋白基因突变。在β-地中海贫血中,突变阻止红细胞产生足够的含氧血红蛋白分子,导致贫血。在镰刀状细胞贫血中,突变导致血红蛋白改变形状,使红细胞变形成僵硬的镰状,堵塞血管。
  《Nature Medicine》这篇文章使用了CRISPR-Cas9技术,经麻省大学医学院Scot Wolfe教授团队修饰的Cas9蛋白,比以往的人类造血干细胞和祖细胞基因组编辑尝试的效率、特异性和长期稳定性更高,新方法提高了编辑的靶向性和耐用性。
  “有效地编辑血干细胞,理想的话最好接近100%,对于患者获得持久的治疗效果至关重要,”Wolfe教授说。“通过科学界多个实验室的共同努力,我们不断接近这一目标。我们团队与Bauer实验室合作,致力于提高CRISPR-Cas9技术的输送效率和入核,以实现对整个血液干细胞群的几乎完全治愈性编辑。”
  Bauer团队利用这一策略进行了高靶向编辑。波士顿儿童医院之前的研究表明,BCL11A基因失活后,出生后红细胞也能继续生产胎儿形式的血红蛋白。胎儿血红蛋白不是镰状的,可以替代有缺陷的“成人”血红蛋白。最近,Bauer发现了一个更安全的靶标:只在红细胞中起作用的BCL11A基因的增强子。
  “有了更高效的新方法,几乎所有收集到的血液干细胞都得到了编辑,克服了此前的一些技术挑战,”Bauer说。“在这项实验中,95%以上的增强子序列拷贝以我们预期的治疗方式被改变了。”
  镰状细胞病患者血干细胞以及小鼠模型都显示,可以产生具有足够数量的含有胎儿血红蛋白的红细胞,以阻止细胞镰状分裂。研究小组发现,将这些被编辑的细胞注入血液,植入骨髓,产生了基因修饰的红细胞,后来,从这些小鼠身上分离出血干细胞,再移植给其他小鼠,其他小鼠也产生了携带治疗基因的变化。
  应用于β-地中海贫血患者的血液干细胞,同样的策略恢复了组成血红蛋白的球蛋白链的正常水平。
  另一项发表在《Blood》杂志上的研究使用了一种类似的基因编辑操作,以剪接突变的β-地中海贫血为目标,从而改变β-球蛋白基因附近的错误DNA被读出影响β-球蛋白的组装方式。在这项研究中,9名β-地中海贫血患者捐献了他们的细胞。对于一些患者,麻省大学医学院的研究小组采用了另一种酶, Cas12a,以更有效地针对他们的突变。CRISPR系统有效地编辑和恢复了每位患者血细胞的β-球蛋白的正常拼接。
  研究人员正准备将他们的BCL11A增强子编辑策略应用于临床。所以他们正在开发临床等级的细胞产品制造扩大方案,并进行必要的安全研究,以获得FDA批准。他们计划从“国家心脏、肺和血液研究所”的“治愈镰刀细胞倡议”中寻求资金,以启动一项针对患者的临床试验。
  Dana-Farber/Boston医院已经开始了镰状细胞贫血病基因治疗的临床试验,这种方法是通过将患者的血液干细胞暴露于慢病毒中来增加胎儿血红蛋白的产生,慢病毒携带指令敲除红细胞前体的BCL11A基因。
  Dana-Farber/Boston儿童医院的Jing Zeng和Yuxuan Wu是《Nature Medicine》文章的共同第一作者,Bauer是通讯作者。Dana-Farber/Boston儿童医院的Shuqian Xu是《Blood》文章的第一作者,Bauer和Wolfe是本文的共同通讯作者。几位作者已经申请了与治疗性基因编辑有关的专利。
  如果该研究被证明是有益的,波士顿儿童医院可能会获得经济利益,与所有研究一样,医院采取并将继续贯彻所有的必要步骤,以确保研究的安全性,以及本研究所获得信息的有效性和完整性。
  随着科学技术的发展,CRISPR基因编辑技术联合干细胞疗法不断攻克各类血液疾病,不仅让众多患者看到了治愈的希望,同时推动了血液病研究的不断进步。
关键字:CRISPR-Cas9基因编辑,血液干细胞
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