NBT突破成果:基因编辑再创“首次”,这次造福的是心脏病患者!
2018/07/12
基因编辑技术真是让人惊喜不断!最新发表在Nature Biotechnology杂志上的一项研究中,科学家们首次利用基因编辑技术让成年猴大部分肝细胞中的一种基因“失效”,从而降低了实验动物的血液胆固醇水平。Science杂志的报道称,这一基因疗法将为心脏病患者带来希望。


图片来源:Nature Biotechnology

事实上,基因编辑灵长类动物并不新鲜。早在几年前,中国科学家就已经用著名的“DNA剪刀”CRISPR编辑了猴的胚胎,以产生具有改良基因组的动物模型,用于疾病研究。更具争议的是,研究人员还用CRISPR修复了早期人类胚胎中的致病基因。

除CRISPR外,一家名为Sangamo Therapeutics的公司还利用一种更古老的基因编辑工具——ZFN(zinc finger nucleases)敲除了HIV患者某些细胞中的一种基因,以帮助他们抵抗病毒。这种疗法被称为“体外治疗”,因为它涉及在培养皿中编辑患者的血细胞,再将被处理的细胞回输到患者体内。

不过,医生和研究人员对基因编辑技术的期待远不只“体外治疗”。他们希望以其他方式将CRISPR和其他基因组编辑工具直接递送到患者体内,以纠正突变基因或治疗疾病,也就是实现所谓的“体内治疗”。举例来说,Sangamo公司已经启动了一项小型临床试验:递送核酸酶(nucleases)到患者体内,以引导新的基因到达患者小部分肝细胞中的特定位置,从而使得患者能够产生一种所需蛋白。

在这项新研究中,长期从事基因治疗研究的宾夕法尼亚大学的James Wilson及其同事想要靶向一种名为PCSK9的基因。该基因表达的蛋白质阻碍了有害的低密度脂蛋白(low-density lipoprotein,LDL)胆固醇从血液中移除,而高水平的LDL胆固醇会增加一个人患心脏病或中风的风险。目前,已有许多公司开发出抑制PCSK9蛋白以及降低LDL胆固醇的药物。

基因编辑工具——meganuclease

具体来说,Wilson的实验室使用的是腺相关病毒(adeno-associated viruses,AAV),这类病毒被广泛应用于基因疗法中,作用是递送基因编辑工具到细胞中。起初,他的团队是利用AVV递送被设计用于切割PCSK9基因的CRISPR,不过,虽然这种方法在小鼠中成功了,但在猴子(rhesus macaques)身上却失败了。因此,研究人员随后改用AAV递送另一种基因编辑工具——meganuclease。令人兴奋的是,meganuclease的效果非常好。


Meganucleases were used to disable a gene in the livers of rhesus macaques.LAGUNA DESIGN/SCIENCE SOURCE

4个月后,6只被处理的猕猴中,多达64%的肝细胞PCSK9基因被敲除了。在最高剂量下,动物的PCSK9蛋白血液水平降低了84%,LDL胆固醇水平降低了60%。此外,被编辑过的细胞会停止产生meganuclease,尽管原因还不清楚,但研究人员表示,这是件好事,因为多余的酶(meganuclease)会导致不必要的编辑。

这些成果于7月9日以“Meganuclease targeting of PCSK9 in macaque liver leads to stable reduction in serum cholesterol”为题发表在Nature Biotechnology上。

需要注意的是,研究还发现,meganuclease治疗导致了肝脏酶水平升高,这表明机体对这类疗法产生了免疫反应。但Wilson表示,这并不意外,因为meganuclease这一分子来自海藻,哺乳动物会将其识别为一种“外来蛋白”。同时,meganuclease还在PCSK9基因以外的位点进行了切割,这可能会导致癌症的发生。

尽管如此,Wilson认为,随着技术的改进,这种PCSK9基因编辑疗法可以被提供给那些不能耐受阻断PCSK9蛋白的药物(drugs that block the PCSK9 protein)的高胆固醇心脏病患者。同时,这类疗法还有望用于治疗代谢疾病,如淀粉样变性(该疾病中,肝脏基因产生的缺陷蛋白会积累并损伤机体)。


图片来源:默克官网

“竞争对手”已出现

宾夕法尼亚大学心脏病学家和遗传学家Kiran Musunuru说:“这是一项非常棒的工作,它是首批证明基因编辑工具能够在非人类灵长类动物中被高效使用的研究之一。”

不过,Musunuru和其他科学家认为,Wilson的这种方法是有“竞争对手”的。近日,致力于CRISPR技术应用开发的Intellia Therapeutics公司宣布,他们成功利用包含CRISPR RNA的纳米粒子让基因编辑工具进入肝细胞中,最终使得猴子中导致淀粉样变性的蛋白质transthyretin的水平降低了80%。

MIT的分子遗传学家Daniel Anderson认为,虽然Wilson的研究是令人兴奋的,但与AAV相比,纳米粒子可能能够提供许多安全优势。不过,现在就说哪种方法最终会转化为用于人类的疗法还为时尚早。

责编:风铃

参考资料:

Gene edited monkeys offer hope for heart disease patients

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    Clinical translation of in vivo genome editing to treat human genetic diseases requires thorough preclinical studies in relevant animal models to assess safety and efficacy. A promising approach to treat hypercholesterolemia is inactivating the secreted protein PCSK9, an antagonist of the LDL receptor. Here we show that single infusions in six non-human primates of adeno-associated virus vector expressing an engineered meganuclease targeting PCSK9 results in dose-dependent disruption of PCSK9 in liver, as well as a stable reduction in circulating PCSK9 and serum cholesterol. Animals experienced transient, asymptomatic elevations of serum transaminases owing to the formation of T cells against the transgene product. Vector DNA and meganuclease expression declined rapidly, leaving stable populations of genome-edited hepatocytes. A second-generation PCSK9-specific meganuclease showed reduced off-target cleavage. These studies demonstrate efficient, physiologically relevant in vivo editing in non-human primates, and highlight safety considerations for clinical translation.

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