NEJM:全球首例!中国科学家利用基因编辑治疗艾滋病和白血病
2019/09/17
世界首例基于基因编辑干细胞治疗艾滋病和白血病的案例,被中国科学家完成了。

9月13日,中国北京大学-清华大学生命科学联合中心、首都医科大学附属北京佑安医院以及解放军总医院第五医学中心的研究人员日前在国际顶级医学杂志《The New England Journal of Medicine》(简称:NEJM)上发表了题为《CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia》(《利用CRISPR基因编辑的成体造血干细胞在患有艾滋病合并急性淋巴细胞白血病患者中的长期重建》 )的研究论文。

这意味着,中国科学家在全球首次利用CRISPR/Cas9对人造血干细胞进行基因编辑,从而在动物模型中重建长期稳定的造血系统,以获得抵御艾滋病和白血病的能力。


DOI: 10.1056/NEJMoa1817426

该论文的主要作者邓宏魁认为,以CRISPR为代表的基因编辑技术在疾病的治疗上具有极大的应用潜力,有望为艾滋病、镰刀型贫血、血友病、β地中海贫血等血液系统相关疾病的治疗带来新的曙光。

发现:帮助HIV入侵的“叛徒”蛋白

艾滋病,一种让人谈之色变的病毒型传染病,由人类免疫缺陷病毒(HIV)对人类免疫系统重要的细胞进行感染而致病的。其中后果最为严重的是,它能够感染免疫系统中起关键作用的CD4+T淋巴细胞,从而削弱机体抗感染和癌症的防御功能,最终患者死于严重感染和癌症。


CCR5 图片来源:维基百科

研究学者们发现,在HIV攻陷人体免疫系统的过程中,CD4+T淋巴细胞表面的两种标记蛋白充当了“叛徒”的角色:一个是CD4,另一个就是CCR5。要想阻止HIV病毒的肆虐进攻,治愈艾滋病患者,就必须将相关的“叛徒”蛋白去掉。

这也是关键之处。如果编码CD4或者CCR5蛋白的基因发生功能突变,则艾滋病毒无法感染CD4+T淋巴细胞,人体的免疫系统便有可能躲过HIV病毒的“屠杀”。

随后研究人员发现,目前有大约1%的白人天生对艾滋病免疫。在他们身上的研究发现,CCR5-Δ32基因编码的受体出现了功能突变,让多数HIV病毒“走投无路”。这也意味着说,CCR5-Δ32基因是HIV攻入人体细胞的重要“缺口”。如果该基因发生突变,HIV将难以依赖与生存,人便拥有了不会患艾滋病的超能力。

这便是启发邓宏魁团队开展研究的重要切入点。

启发:“柏林病人”和“伦敦病人”的治愈

自1981年美国发现首例艾滋病开始,近40年的艾滋攻坚战,人类一直处于劣势。直到2007年,事情发生了转机。


2007年,蒂莫西•雷•布朗,一位同时患有白血病和艾滋病的美国男子被称为“柏林病人”。原因在于,他在德国接受了携带CCR5基因突变捐献者的造血干细胞移植手术后,其血液中的HIV病毒竟然得到了有效清除,实现了艾滋病的功能性治愈。“柏林病人”也因此被视为人类治愈的第一例艾滋病病人。


Ravindra Gupta博士 图片来源:伦敦大学

2019年3月,时隔十二年 ,伦敦大学学院的医学博士Ravindra Gupta和他的团队在在《Nature》杂志(在线版)上的报告中写道:“柏林病人的治愈不是一个偶然现象。” 患有急性白血病和艾滋病的“伦敦病人”在接受CCR5基因突变的干细胞移植后,被完全治愈了。

尽管这一干细胞移植治疗的效果十分显著,但成本也是十分高昂的,且找到CCR5-Δ32基因突变的供者极为困难,为进一步的治疗设下重重障碍。

但这一疗法的成功也为研究人员指明了另一个方向,如能找到有合适配型的供者骨髓,哪怕没有CCR5-Δ32基因突变,也可通过基因编辑,实现对艾滋病的治疗或治愈。但是如何在造血干细胞中进行高效基因编辑,也是实现临床应用的关键瓶颈。

全球首次: CRISPR/Cas9技术治疗“中国病人”

国际上艾滋病治疗的进程日新月异,也是时候放眼国内了。这时,一例与“柏林病人”、“伦敦病人”相似的案例出现在了北京。

2016年5月我国一名27岁的男性被相继诊断出患有艾滋病和急性淋巴细胞白血病。直至2017年,历经1年的艾滋病抗逆转录病毒治疗后的他,情况并没有得到缓解。

是不是可以尝试用同款干细胞移植的方法来对他进行治疗呢?


邓宏魁教授 图片来源:百度百科

于是,北京大学生命科学学院邓宏魁教授、解放军总医院第五医学中心陈虎教授、首都医科大学附属佑安医院吴昊教授等团队合作,进行了世界首次基因编辑治疗艾滋病和白血病的临床研究。

研究人员利用CRISPR/Cas9技术将供体造血干/祖细胞(HSPCs)的CCR5基因进行了插入敲除,并将其移植到HIV感染伴有急性淋巴母细胞性白血病(Acute lymphoblastic leukemia)的患者体内,进行了19个月的随访观察。

研究结果显示,患者在骨髓移植后淋巴细胞和T细胞亚群的数量出现明显上升,CD4细胞数目在移植后6个月达到正常范围,并在之后的随访阶段一直维持正常水平。

急性淋巴母细胞性白血病仅仅在移植后4周就得到了完全缓解。且随访期间患者没有出现与CCR5编辑相关的副反应。


HIV病毒 图片来源:pixabay

但让人遗憾地是,该研究中HSPCs的CCR5体外敲除效率仍然偏低,仅为17.8%。

并且当科研人员尝试停止使用抗逆转录病毒药物,以检测骨髓移植能否抑制患者体内的病毒复制时,患者体内的HIV病毒量出现了剧烈上升,CD4细胞的数量和比例均降低,CCR5缺失的CD4细胞的比例出现小幅上升,这促使科研人员不得不重启药物治疗程序。

研究者指出,虽然该研究成功的将CCR5敲除的造血干/祖细胞移植到HIV感染者体内,但较低的敲除效率仍然阻碍机体对HIV病毒的有效清除。因此,如何提高CCR5的敲除效率以及效率提高后的安全性仍需要进一步研究。

结语

其实,CCR5作为有效治疗艾滋病的靶点大家并不陌生。去年年底闹得沸沸扬扬的基因编辑婴儿便也是基于这一靶点进行的艾滋病防御性试验,但因为在人体胚胎上进行基因改造,引发了强烈的伦理争议。此次治疗性试验是在成人体细胞中进行的CCR5靶点改造,有效提高了基因编辑的有效性。

也正如邓宏魁教师所说的那样:近几年基因编辑技术不断发展,相信很快就会有安全且更高效率的基因编辑技术体系被开发出来。现有方法的优化也会多方面提高效率。未来,当基因编辑后的造血干细胞能够产生足够多的带有突变的T细胞抵御HIV时,通过一次治疗便可获得持久性疗效。

参考资料:

[1] CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia

[2] 世界卫生组织网站

[3] Perez, E.E. et al. Establishment of HIV-1 resistance in CD4+ T cells by genome editing using zinc-finger nucleases. Nat. Biotechnol. 26, 808–816 (2008).

[4] Tebas P, Stein D, Tang WW, et al. Gene editing of CCR5 in autologous CD4 T cells of persons infected with HIV. N Engl J Med 2014; 370:901-10.

[5] Lei Xu, Jun Wang, Yulin Liu, et al. CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia. N Engl J Med 2019.

[6] 专家点评NEJM |世界首例!陈虎/邓宏魁/吴昊合作团队报道首例CRISPR编辑干细胞治疗HIV和白血病患者. BioArt.

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