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Nature:CRISPR治疗遗传疾病又进一大步,临床前试验获成功

2016/11/09 来源:生物探索
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导读
斯坦福大学医学院的研究团队利用CRISPR技术,在人体干细胞中修复了造成镰状细胞贫血病的基因,这些干细胞可以正常移植到小鼠体内并蓬勃发育。关于这项临床前试验成功的研究文章于11月7日在线发表在Nature上。


异常形状的红细胞(紫红色)是镰刀型细胞贫血症的特征之一

镰刀形细胞贫血症是一种隐性基因遗传病:患病者的血液红细胞表现为镰刀状,其携带氧的功能只有正常红细胞的一半。迄今为止还没有能真正治愈的药物。目前唯一批准用于治疗镰状细胞疾病的药物是hydroxyurea(羟基脲),该药物只能用来缓解症状,并不能治愈该疾病。

斯坦福大学医学院的研究团队利用CRISPR基因编辑技术,在人体干细胞中修复了造成镰状细胞贫血病的基因,这是在研发针对该疾病的基因治疗道路上走出的关键一步。这项最新研究证明了修复后的细胞能生成正常功能的血红蛋白分子,可以在正常红细胞中携带氧气,这些干细胞也可以正常移植回小鼠体内。

这项研究表明针对血源性遗传疾病,可以进行基因治疗修复,这是一种概念证明。这一研究成果于11月7日在线发表在Nature上。文章通讯作者是斯坦福大学医学院教授、CRISPR Therapeutics公司创始人Matthew Porteus 博士。

基因治疗之路

随着医学的飞跃发展,目前治愈镰刀状细胞疾病的新希望已经浮出水面,一种理想的疗法(基因疗法)成为大家积极尝试的研究手段。2011年哈佛大学医学院等机构研究人员运用基因沉默的方式,把患镰状细胞贫血病的成年实验鼠体内的BCL11a基因剔除。结果发现其镰状细胞贫血病症状得到明显改善(详细)。Bluebird公司运用基因疗法,单个病人的临床积极数据引起轰动。治疗时需要从病人的骨髓中抽取造血干细胞,并在体外进行修改,再将其移植到病人体内。也是迄今为止唯一能治愈该疾病的方法(详细)。

自从CRISPR技术产生后,我国广医三院孙筱放教授带领的团队,也通过CRISPR/Cas9基因编辑技术,成功纠正β-地贫iPSCs中的β珠蛋白基因(HBB)突变,为没有骨髓移植匹配捐赠者的患者提供了一种新的自体移植治疗选择(详细)。人们认为真正运用于临床还有很长一段路要走。

然而没想到这么快,2016年下半年就有临床前试验证实:CRISPR可以治疗镰刀形细胞贫血症。这项研究不仅为镰刀型细胞贫血症等血液疾病带来了福音,也为CRISPR在临床上的应用提出了新希望,进一步推动CRISPR真正走向临床。

CRISPR带来新希望

这项研究从患者体内采集干细胞,然后进行修复,研究显示这些干细胞能生成正常的血红细胞。以往的研究主要都是通过旧的基因编辑技术,但这项新发现采用了CRISPR 技术。研究人员之前花了6年时间,希望能通过当时的技术来靶向β-球蛋白,而CRISPR实验只进行了一个星期,效果要好得多。

CRISPR是指成簇的间隔短回文重复,细菌通过CRISPR与内切酶Cas组成的防御系统对抗外来侵略者。CRISPR-Cas能根据向导RNA的指引切割入侵者的遗传物质。2012年研究者们利用这一特点,将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。

利用这种技术,研究人员可以在希望的位置进行剪切,比如这项研究就是在镰状细胞突变处。一旦突变DNA序列被删除,那么就可以利用其它工具粘上一个正常的序列拷贝。

研究小组首先从患者体内取出造血干细胞,利用CRISPR纠正基因突变,然后浓缩干细胞,这样90%的造血干细胞都会携带纠正过的细胞基因。最后研究人员将这种浓缩后,纠正过了的造血干细胞注入到幼鼠体内。这些干细胞能从血液系统正常进入骨髓,开枝散叶制造血液细胞。16周后,研究小组检查小鼠骨髓,发现纠正后的干细胞蓬勃发育。

无需用这些细胞完全替换患者体内所有的镰状细胞,只要镰状细胞的比例低于30%,那么患者就不会出现症状了。而且纠正过的细胞相对于镰状细胞具有优势,因为后者一般来说平均10天后就会死亡,而纠正后的细胞能生活大约120天。

安全问题

虽然基因治疗的研究近年来取得了很大的进步,但尚未广泛推广。CRISPR 基因编辑也没有在人体临床实验中进行验证。这就存在一个问题,它们安全吗?会不会出现未知的免疫反应,或者改变非靶标DNA序列,也就是说脱靶呢?

对此通讯作者Porteus认为目前我们还没有一个测试能够运行来证明它的安全性,他认为一系列不同的实验也许能提供一些安全性的资料。到目前为止,此研究中没有发现纠正的造血干细胞与正常的健康造血干细胞的区别。 

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