世界首例基因编辑人体造血干细胞成功移植

【字体: 时间:2019年09月18日 来源:美通社

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  这位27岁的患者于2016年5月被诊断出患有HIV/艾滋病,并且在两周后通过其他检测出急性淋巴细胞白血病,该男子接受了标准的艾滋病治疗,抗逆转录病毒疗法(ART),以及适合其白血病形式的化学疗法。

  

前文内容:邓宏魁研究组合作发表NEJM文章:首次报道了基因编辑的造血干细胞在人体内的长期重建

中国科学家本月在“新英格兰医学杂志”上报道说,一名艾滋病病毒阳性的中国男性在19个月前接受了经过CRISPR编辑基因的供体细胞移植后表现良好。这使得他成为接受CRISPR后跟踪时间最长的个体。CRISPR技术激发了人们对疾病治愈的希望,并在短短四年内催生了数十亿的产业。

患者显然没有出现一些研究所提示“可能引发癌症或其他灾难性遗传损伤的治疗副作用”,这提示了基于CRISPR的疗法可能是安全的。但是另外一个事实是:干预措施并没有达到其目标——消除人体细胞中的艾滋病毒。

新英格兰杂志发表描述单个病人的论文是罕见的,虽然不算前所未有。发言人朱莉娅莫林说,“当结果令人信服时”他们会这样做。

北京大学的邓宏魁研究组报告说,这位27岁的患者于2016年5月被诊断出患有HIV/艾滋病,并且在两周后通过其他检测出急性淋巴细胞白血病,该男子接受了标准的艾滋病治疗,抗逆转录病毒疗法(ART),以及适合其白血病形式的化学疗法。

但是,科学家们看到了一个机会可进行一次尝试:一次性治疗艾滋病。虽然抗病毒治疗可以控制病毒,但它并没有根除艾滋病病毒,因此患者必须在其余生中服用抗逆转录病毒药物。

科学家在十几年前偶然发现,如果移植的造血干细胞和祖细胞(HSPCs)的基因组中含有能够阻断常见HIV的CCR5基因突变,那么这种移植可以治愈艾滋病。出现“意外发生”的原因是2007年“柏林病人”——同时患有艾滋病和白血病的蒂莫西·雷·布朗接受了骨髓移植手术,捐赠者的细胞具有阻断HIV的CCR5突变,在柏林接受治疗的布朗因此治愈了他的白血病和艾滋病,并且自从细胞移植后就没有服用抗病毒治疗药物。

邓宏魁在加州大学洛杉矶分校获得了博士学位,并且是中国最出名的生物学家之一。他们认为,如果天然具有CCR5突变的造血干细胞可以治愈艾滋病,那么被CRISPR破坏CCR5基因的造血干细胞也可以。

因为来自健康供体的HSPC移植是急性淋巴细胞白血病的标准治疗,所以相比单纯艾滋病患者,同时患艾滋病和急性淋巴细胞白血病患者进行这个实验的风险-收益平衡更为显著:他无论如何都需要接受细胞移植,所以只有细胞的CCR5状态会有所不同。

因此,邓及其同事编辑了健康骨髓捐献者的造血干细胞。他们将CRISPR分子—— 一种发现目标的引导RNA和一种DNA切割酶——通过“电穿孔”,利用电流将细胞膜打开微小的开口以进入细胞(注意:不是通过病毒)。这个编辑旨在失活CCR5基因,以防止艾滋病毒进入细胞,就像一个上锁的房间阻止缺少钥匙的访客。

与CRISPR的典型情况一样,只有一小部分细胞被成功编辑。当邓和他的同事在将造血干细胞移植到患者体内之前对其进行测试时,他们发现17.8%的细胞没有功能性的CCR5。被编辑的干细胞被输注到患者体内并进入他的骨髓后,随着时间的推移进行的一系列检测显示,只有5.2%至8.28%的骨髓细胞(干细胞的后代)具有预期的CCR5编辑。

在一次电子邮件采访中,邓承认“基因编辑的效果低。”可能的解释是,许多编辑过的细胞不能存活,因此未被编辑的供体细胞数量、甚至患者自体的细胞都远远超过了编辑过的细胞。

经过细胞移植后,患者的白血病进入缓解阶段。但CCR5编辑细胞的低比例不足以控制其病毒载量。当干细胞移植后,经过患者同意,研究人员停止其抗逆转录病毒治疗7个月后,艾滋病病毒感染率上升,健康的T细胞数量下降。患者又回到了抗逆转录病毒治疗。

然而,一个令人鼓舞的发现是,CCR5编辑细胞的百分比在中断抗逆转录病毒治疗期间上升。在此之前,血液中CCR5功能缺失的T细胞水平为2.96%,在中断期间达到峰值4.39%。可惜的是,“理想的基因编辑效率为100%,正如柏林病人的案例所提示的。”

两名未参与该研究的科学家质因为成功编辑数量太少而疑移植干细胞的决定。

伯克利大学的Urnov说,“他们选择使用编辑率低于20%的细胞治疗受试者。这不是我会做出的决定。他们没有实现控制艾滋病并不令人感到意外,”他说,但并没有“对这种方法产生负面影响”


事实上,低编辑率可能并非毫无意义。在使用锌指编辑CCR5的Sangamo研究中,12名HIV阳性患者接受单剂量的100亿T细胞。按预计11%至28%的细胞被编辑不再产生正常的CCR5。 Sangamo在2014年报告说,患者体内CD4 T细胞(HIV杀死的一种T细胞)的水平上升,这表明基因编辑的T细胞不仅仅是维持,而且实际上正在增殖。虽然Sangamo认为治疗是安全的,该公司进行了更大规模的临床试验,但现在已放弃该计划,而是专注于镰状细胞病和其他血液病的基因组编辑。

邓认为他和他的同事实现了HIV/艾滋病基因治疗的“一种有前景的方法”。“具有修饰的CCR5基因的细胞持续存在”19个月并且能够计数,尽管处于低水平,并且根据基因组测序可确定CRISPR击中预期目标而没有影响其他。这表明CRISPR并没有不受控,可以编辑敲除目标基因。

邓说,到目前为止,研究中只有一名患者。但是“我们正在计划提高造血干细胞的编辑效率,并根据这名患者优化移植方案,”根据他的结果以及他和他的同事在2017年报告的小鼠研究结果指导。这个实验“提供了将CCR5基因编辑的[造血]移植用于HIV治疗的临床证据。”

邓宏魁出生在中国并在那里大学毕业,1995年在加州大学洛杉矶分校获得博士学位后他留在那里工作,担任纽约大学博士后研究员,专注于艾滋病病毒,并于1998年成为波士顿干细胞生物技术公司ViaCell的研究主任。他于2001年被北京大学著名的教授带回中国,最初致力于使用人类胚胎干细胞来治疗糖尿病。2006年,他从比尔和梅琳达盖茨基金会的全球健康大挑战中获得了190万美元,用于研究艾滋病毒和丙型肝炎疫苗。

并非所有人都同意CRISPR已准备好可用于HIV/AIDS患者。 “在我看来,现在下临床还为时尚早,”俄亥俄州立大学和武汉大学的生物学家Shuliang Chen说道,他最近共同撰写了一篇关于HIV/艾滋病基因编辑的评论。首先,敲除CCR5只能阻止一种HIV病毒,而不是全部。陈说:“我们需要更多关于CRISPR相关安全性,脱靶效应和打靶效率的证据。”“在大多数情况下,艾滋病患者接受抗病毒药物治疗能很好的活着,”陈说。邓的病人之所以选择“高风险基因编辑”的唯一理由是同时患有白血病,在这种情况下,“使用基因编辑的造血干细胞可能达到一石二鸟的目的。”

尽管如此,还是会有更多的实验尝试用CRISPR治疗HIV/艾滋病。加州大学伯克利分校创新基因组学研究所的Fyodor Urnov说:好比“他们试图进行月球探测,虽然他们没有降落在月球上,但他们安全回家了。”Fyodor Urnov此前曾帮助领导Sangamo Therapeutics(SGMO)的一项研究—— 一种已出现较长时间的遗传技术——锌指技术是否可以治愈HIV/艾滋病。“这不是一次全面的成功,”Urnov说,“但接下来要做什么、以及如何取得成功,现在就更加清晰了。”




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