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作者:赛奥维

摘要: 在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学医学院的研究人员利用一种被称作CRISPR/Cas9的基因编辑工具修复人

Nature:利用CRISPR/Cas9治疗镰状细胞疾病取得重大进展




在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学医学院的研究人员利用一种被称作CRISPR/Cas9的基因编辑工具修复人干细胞中导致镰状细胞疾病的基因。这是开发一种治疗这种疾病的基因疗法的关键一步。相关研究结果于2016年11月7日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“CRISPR/Cas9 Beta-globin Gene Targeting in Human Hematopoietic Stem Cells”。论文第一作者是博士后研究员Daniel Dever博士和Rasmus Bak博士,论文通信作者是Matthew Porteus博士。

研究人员继续证实这些被修复的干细胞能够制造功能性的血红蛋白分子---在正常的红细胞中,这些分子携带氧气---并且成功地将这些干细胞移植到小鼠体内。他们说这项研究代表着一种修复镰状细胞疾病和地中海贫血等血源性遗传疾病的概念验证。

一种痛苦的致命性疾病

镰状细胞疾病影响7万到10万美国人,在全球影响上百万人,造成巨大的痛苦和高昂的健康医疗成本。这种疾病是由编码血红蛋白分子中的一条蛋白链的基因发生单个突变产生的。血红蛋白是红细胞的主要组分,允许这些细胞从肺部获取氧气,然后在整个身体的从大脑到肌肉的组织中释放它。

这种导致镰状细胞疾病的突变导致红细胞制造发生变化的血红蛋白版本,从而导致红细胞在氧气水平下降时变成镰刀形。这些镰状细胞缠结在一起,阻断整个身体中的血管,导致严重性疼痛和灾难性的健康后果。

最高目标

一般而言,从二十世纪八十年代以来,基因疗法是基于基因的疗法的最高目标,但是多年以来,仅取得有限的成功。不过,更好的技术日益地为能够最终地治愈镰状细胞疾病等遗传疾病的实际疗法提供希望。

Porteus说,“我们最终证实的就是我们能够做到这一点。这不只是写在黑板上。我们能够从病人体内获得干细胞,校正这种突变,并且发现这些被校正的干细胞变成不再制造镰形血红蛋白的红细胞。”

Porteus说,在之前的研究中,他已利用较为老旧的基因编辑技术靶向镰形细胞基因,但是利用这种新的CRISPR/Cas9基因编辑技术开展研究更为快速和更加简单。他注意到,“我们花了6年时间试图利用这种旧的基因编辑技术靶向β-珠蛋白基因”,并且补充道,利用CRISPR/Cas9技术仅需一周时间,他们就拥有一种发挥更好作用的基因编辑工具。

CRISPR/Cas9基因编辑工具是一种切割靶DNA序列的Cas9酶和一种将这种酶精确地带到你想要进行切割的位点---在这项研究中,指的是镰形细胞突变位点---的向导RNA(gRNA)。一旦这些发生突变的DNA序列被移除,其他的工具能够协助接入一种正常的DNA序列拷贝。

Porteus团队利用从镰形细胞疾病患者的血液中获得的造血干细胞开展研究,通过CRISPR/Cas9基因编辑技术校正这种基因突变,随后对这些造血干细胞进行浓缩以便它们中的90%携带获得校正的镰形细胞基因。该团队将这些浓缩后的获得校正的造血干细胞注射到年轻的小鼠体内。

当16周后,Porteus团队研究这些小鼠的骨髓时,这些得到校正的造血干细胞在那里茁壮成长,并且开始制造其他的血细胞。

Porteus说,这些获得校正的红细胞不需要替换病人体内所有的镰形细胞。如果镰形细胞的比例低于30%,那么病人不会产生疾病症状。他说,获得校正的细胞具有的优势大约是未得到校正的细胞的10倍。这是因为受到镰形细胞影响的红细胞倾向于呈镰形,而且平均仅10天后就会死掉。相比之下,获得校正的细胞具有正常红细胞的寿命:大约120天。因此,这些获得校正的细胞的数量快速地超过未获得校正的细胞的数量。

它是安全的吗?

尽管基因疗法研究在最近几年取得巨大的进展,但是迄今为止,它还未被得到广泛地使用,而且迄今为止还没有利用CRISPR/Cas9开展的基因编辑在人体临床试验中进行过安全性或有效性测试。潜在的问题包括未能预测的免疫反应或者让错误的DNA序列发生改变---所谓的脱靶效应。一般而言,基因编辑的影响是不可能预测的。

正如Porteus所说的,“在这个领域,人们的共识是还没有一项我们能够做的测试证实它是安全的。我们不能仅是说,‘噢,仅仅开展这项测试,它将证实它是否将是安全的’。这样的测试并不存在。”相反,他说,一系列不同的测试中的每项测试可能都会针对潜在的安全性提供一些深入见解。就如今而言,Porteus和他的团队发现他们的获得校正的人造血干细胞似乎表现得像正常的健康的人造血干细胞一样。

Porteus说,“我们对努力最终将这种疗法带给病人感到激动人心。”他的团队希望他们最终能够开发出治疗镰形细胞疾病的基因疗法。