2020-03-17 來源：醫(yī)麥客
2020年3月17日/醫(yī)麥客新聞 eMedClub News/--2020年3月17日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Medicine》在線發(fā)表了邦耀生物科學(xué)家吳宇軒博士在基因治療方向的題為“Therapeutic base editing of human hematopoietic stem cells”的研究成果。該研究證實(shí)通過新一代單堿基編輯技術(shù)有望徹底根治由β-globin珠蛋白突變引發(fā)的系列遺傳疾病[1]。
來自哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院及波士頓兒童醫(yī)院Daniel Bauer教授實(shí)驗(yàn)室的曾靜、華東師范大學(xué)吳宇軒研究員、波士頓兒童醫(yī)院任春妍為共同第一作者。這也是邦耀生物科學(xué)家團(tuán)隊(duì)近一年來，繼發(fā)表在《Nature Medicine》、《Cell Research》等期刊的成果后，又一次在基因治療地中海貧血領(lǐng)域的重大突破。
地中海貧血是全球分布最廣、累及人群最多的一種單基因遺傳病，根據(jù)《中國地中海貧血防治藍(lán)皮書(2015)》的數(shù)據(jù)顯示，目前我國“地貧”基因攜帶者約3000萬人，涉及一億家庭人口，且中度至重癥地貧患者約30萬人且正以每年約10％的速度遞增。異體造血干細(xì)胞移植是目前根治“地貧”的方法，但花費(fèi)巨大，且配型極其困難，使得基因治療有望成為新的治療選擇。
β-地中海貧血（β-Thalassemia，地貧）是一種由于β-珠蛋白(β-globin)亞基突變導(dǎo)致患者自身的成人血紅蛋白(HbA)異常的遺傳性疾病，是最常見的地貧類型之一，其檢出率為0.67%（約935萬）。γ-globin是一種胎兒時(shí)期表達(dá)的珠蛋白，該珠蛋白具有和β-globin相似的功能，編碼該蛋白的基因HBG在上述貧血患者中序列完好，但到成年期表達(dá)便會(huì)被沉默。邦耀生物科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在先前的研究發(fā)現(xiàn)，利用基因編輯技術(shù)重新開啟胎兒期的γ珠蛋白的表達(dá)，代替有缺陷的β珠蛋白，很有可能成為緩解甚至治愈地貧的治療方法[2-3]。
2019年3月，邦耀科學(xué)家吳宇軒博士曾在《Nature Medicine》發(fā)文，發(fā)現(xiàn)利用基因編輯技術(shù)靶向編輯BCL11A紅系增強(qiáng)子，會(huì)重新開啟γ珠蛋白表達(dá)，代替有缺陷的β珠蛋白，有望達(dá)到根治此類疾病的目的[2]。2020年1月，邦耀生物科學(xué)家李大力博士又在國際著名學(xué)術(shù)期刊《Cell Research》發(fā)文，通過在造血干細(xì)胞中建立超高效的基因編輯技術(shù)體系，模擬在部分人群中天然存在的γ珠蛋白啟動(dòng)子突變，可以重新激活胎兒血紅蛋白HbF，為β珠蛋白突變引發(fā)的系列遺傳疾病，提供了安全有效的靶點(diǎn)和方法[3]。
▲ 圖1. 基于基因編輯技術(shù)治療地貧的策略（來自邦耀生物官網(wǎng)）
單堿基基因編輯技術(shù)（base editors，BEs），指能在基因組上引起單個(gè)堿基改變的基因編輯技術(shù)，可在不形成 DNA 雙鏈斷裂的情況下對(duì)靶基因位點(diǎn)的單個(gè)堿基進(jìn)行胞嘧啶 C→胸腺嘧啶 T 或腺嘌呤A→鳥嘌呤G 的精準(zhǔn)編輯。近年來由于單堿基編輯技術(shù)的強(qiáng)大、高效，以及不會(huì)產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂等特點(diǎn)，逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，有望在未來的基因治療中大顯身手。因此，利用單堿基治療β-血紅蛋白病（如地中海貧血）將極有可能是一個(gè)絕佳的策略。
本研究通過優(yōu)化的單堿基編輯技術(shù)編輯β-地中海貧血和鐮刀狀貧血患者造血干細(xì)胞中的BCL11A增強(qiáng)子位點(diǎn)，或者直接修復(fù)發(fā)生突變的HBB基因，并進(jìn)行自體造血干細(xì)胞移植，可以使其在體內(nèi)分化產(chǎn)生具有正常功能血紅蛋白的紅細(xì)胞，從而有可能徹底根治此類疾病。同時(shí)也證實(shí)單堿基編輯器在造血干細(xì)胞的基因治療應(yīng)用中的巨大潛力，為地中海貧血及鐮刀狀貧血的臨床治療提供了新的解決方案。具體策略如下：
1. ? ?優(yōu)化的單堿基編輯系統(tǒng)，激活胎兒血紅蛋白的表達(dá)
首先，本研究通過優(yōu)化的單堿基編輯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在人CD34+造血干/祖細(xì)胞中的高效基因編輯，然后通過編輯紅系特異增強(qiáng)子BCL11A +58位點(diǎn)造成BCL11A在紅細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)。再將編輯過后的CD34+細(xì)胞體外紅系分化后，發(fā)現(xiàn)BCL11A的表達(dá)水平顯著降低，同時(shí)HbF的含量得到極大提升。
同時(shí)還對(duì)-28型地中海貧血類型（-28(A/G)是中國地貧人群中常見的突變位點(diǎn)之一）的患者來源CD34+細(xì)胞進(jìn)行了編輯，同時(shí)嘗試了通過單堿基編輯器同時(shí)改變HBB -28和BCL11A +58雙位點(diǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分化后的紅細(xì)胞更加成熟、體積和形態(tài)都恢復(fù)至接近于健康細(xì)胞水平。
接著，研究人員證實(shí)了編輯后的干細(xì)胞在移植至小鼠骨髓4個(gè)月后仍然保持著極高的編輯效率，且HSC更傾向于C>T編輯，同時(shí)能在體內(nèi)激活紅細(xì)胞中胎兒血紅蛋白的表達(dá)。
▲ 圖2. 通過單堿基編輯技術(shù)編輯β-地貧患者造血干細(xì)胞
▲ 圖3. 單堿基編輯工具編輯后的CD34+細(xì)胞中可以在小鼠骨髓中長期歸巢并保持高效率的C>T堿基編輯
2. ? SCD患者的細(xì)胞編輯后，HbF水平提升且細(xì)胞恢復(fù)正常形態(tài)
最后，研究人員證明了鐮刀狀貧血病人來源的CD34+細(xì)胞也能被高效編輯且在編輯后移植至小鼠體內(nèi)重建人源血液系統(tǒng)，同時(shí)紅細(xì)胞中HbF的提升水平足以幫助細(xì)胞恢復(fù)正常形態(tài)，抵抗鐮刀化。
▲ 圖4. 鐮刀狀貧血患者來源CD34+細(xì)胞經(jīng)單堿基編輯后產(chǎn)生的紅細(xì)胞可以抵抗鐮刀化
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國β-地中海貧血的患病率是2.21%，其類型達(dá)48種。基因編輯技術(shù)介導(dǎo)的基因治療是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一大突破，利用單堿基編輯技術(shù)重新激活胎兒血紅蛋白的表達(dá)，也為β-地中海貧血的個(gè)性化治療提供了可能性。
目前邦耀生物團(tuán)隊(duì)正積極進(jìn)行科技成果轉(zhuǎn)化，與國內(nèi)多家頂級(jí)醫(yī)療單位攜手，希望借此項(xiàng)研究及其臨床實(shí)驗(yàn)的推廣，使得基于基因編輯的基因治療成為我國β-地中海貧血患者全新的臨床治療方案，并有望實(shí)現(xiàn)“一次治療終身治愈”的療效。
與在基因治療方面處于領(lǐng)先地位的BlueBird Bio公司的慢病毒療法LentiGlobin (商品名：Zynteglo，定價(jià)高達(dá)177萬美元，名副其實(shí)的成為了全球第二昂貴的藥物)相比，邦耀生物采用的治療方案，更為高效、便捷和安全，且成本極大降低；并且目前國內(nèi)還沒有利用此方法治療地中海貧血的臨床實(shí)驗(yàn)，有望成為國內(nèi)首批進(jìn)入臨床階段的基因編輯治療產(chǎn)品。
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