David Liu又一概念证明发表Nature子刊，这种病实现临床治愈不远了

　　

               

流式细胞术分析人HSPC谱系群体及BFU-E菌落的indel分析

圣裘德儿童研究医院、麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的科学家们展示了一种精确的基因组编辑方法，可以将SCD患者细胞中突变的血红蛋白基因改变回正常形式，移植到小鼠体内后恢复正常的血液参数。研究结果发表在今天的《Nature Biomedical Engineering》杂志上。

镰状细胞病(SCD)是一种严重的血液疾病，影响数百万人，主要是非洲人后裔。这种疾病是由编码携带氧分子亚单位血红蛋白的基因突变引起的。科学家们已经迅速发展了编辑DNA的技术，包括Cas9核酸酶（Cas9 nucleases）和碱基编辑器（base editors），以治疗遗传疾病。这项研究的研究人员展示了一种称为先导编辑（prime editing，以下简称PE）的“第三代”可编程基因编辑技术如何将导致SCD的突变转化为正常的DNA序列，从而拯救这种疾病。

虽然科学家们是在SCD患者移植到小鼠体内的细胞中进行研究的，但这种方法可能比目前临床试验中使用的基因组编辑方法(如Cas9核酸酶)更有优势，后者在DNA中产生双链断裂，而PE在很大程度上避免了这种情况。

联合通讯作者麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所Richard Merkin教授David Liu此前在《Nature》杂志2021年的一篇文章中表示，碱基编辑(一种替代基因组编辑技术)可以将镰状细胞突变转化为良性变体，而不是原始的健康序列。目前的研究表明，PE可以通过T-to-A转换将疾病突变转化为原始的正常基因变体，这是碱基编辑无法做到的。David Liu的实验室于2019年发明了PE。

修复导致镰状细胞病的突变

研究人员表明，PE系统可以高特异性地发现成人血红蛋白基因中的致病突变，并有效地将其替换为大多数人携带的健康DNA序列变体。PE成功地纠正了这种突变，在SCD患者的血液干细胞中转化率高达41%。之前的研究表明，编辑超过20%的细胞可能会转化为治疗效果。

研究人员观察到，当研究人员将4名SCD患者的PE细胞移植到小鼠体内时，即使在17周后，循环红细胞中约45%的血红蛋白仍能正常产生。移植后，当置于低氧环境中时，从小鼠骨髓中分离出的红细胞将镰状病减少了一半，从约67%降至37%。

这项研究显示了使用PE治疗遗传性贫血的潜在好处，但它也显示出了局限性。PE需要一个耗时的过程来调整和优化协议的每个步骤，例如设计PE引导RNA (pegRNAs)，将PE系统定位到正确的DNA区域并指定所需的编辑。安全性仍然是所有基因组编辑技术的一个问题，尤其是新方法。虽然目前的研究与其他实验室关于PE的报告一致，显示几乎没有脱靶的PE，但作为一种较新的基因编辑技术，它可能会出现不可预见的安全问题。

合著者Mitchell Weiss说：“我们已经确定了遗传性贫血的下一波治疗方法，我们采用了最新的尖端基因工程技术，证明我们可以对未来的治疗进行有意义的基因编辑。我们正在尽最大努力预测毒性，但在这种疗法用于患者之前，我们不会知道它的真实风险程度。”

尽管面临着这些挑战，科学家们仍然对PE的未来持乐观态度。

圣犹大血液科的联合通讯作者Jonathan Yen博士说：PE是一种很有前途的方法，因为在理论上，我们可以直接将疾病突变纠正为我们选择的特定健康DNA序列，我们优化了长期血液干细胞中的PE，并表明PE细胞在具有临床相关系统的动物中保持完全的植入效率。由于其独特的多功能性，PE有可能治愈更多的遗传疾病，去诊所将是一个挑战。这将需要广泛的制造开发、工艺优化和安全评估。但这个概念已经得到了证明。我们的工作现在为开发治疗许多血液病的方法打开了大门”

David Liu说：“这些结果表明，血液干细胞的有效PE，PE细胞保持了它们在动物骨髓中植入和重新填充的全部能力，将PE的‘搜索-替换’多功能应用于血液干细胞，增加了应用该技术治疗涉及血细胞的广泛疾病的可能性。”