基因组编辑的iPS细胞移植在体内提供治疗分子

人们对利用诱导多能干细胞(iPS)进行细胞治疗寄予了很高的期望，并且利用从iPS细胞分化出来的细胞(如视网膜细胞和神经细胞)进行了临床试验。虽然所有移植都使用了来自健康个体的iPS细胞，但在未来，通过基因组编辑进行基因修饰的iPS细胞移植有望增强其治疗效果。

　　

诱导多能干细胞(iPS)在生物学和医学上有着巨大的影响，有望促进再生医学的发展。自2014年将来自iPS细胞的视网膜色素上皮细胞片移植到老年性黄斑变性患者体内以来，已经对来自iPS细胞的各种细胞类型进行了临床试验。虽然迄今为止使用的是来自健康个体的诱导多能干细胞，但预计未来使用诱导多能干细胞的移植治疗可以通过基因修饰得到加强。

因此，研究人员通过利用法布里病小鼠模型来验证这种可能性。Fabry病是由α-半乳糖苷酶A (GLA)的遗传缺陷引起的，导致其底物如globotriaosylneuroide (Gb3)和globotriaosylsphingosine (Lyso-Gb3)的积累。我们之前开发了一种工程酶，修饰α- n -乙酰半乳糖胺酶(mNAGA)，通过改变NAGA (GLA的类似物)的底物特异性来治疗法布里病。由于maga保持了NAGA原有的抗原性，因此该修饰酶在具有GLA酶活性的同时，与GLA无免疫交叉反应性。在本研究中，我们测试了通过基因组编辑移植分泌maga的iPS细胞是否可以在体内提供GLA活性。

首先，研究人员通过talen介导的AAVS1位点(一个安全港位点)的敲入，生成了分泌maga的iPS细胞。此外，为了排除患者iPS细胞内源性GLA可能引起的免疫原性反应，我们利用CRISPR-Cas9对GLA基因进行了破坏。将无GLA活性的Fabry模型心肌细胞和成纤维细胞与分泌mnaga的iPS细胞共培养，体外表达mnaga的细胞恢复GLA活性。

接下来，他们将分泌maga的iPS细胞移植到Fabry病模型小鼠的睾丸中。7或8周后，肝脏中的GLA活性显著提高，但心脏、肾脏或血浆中的GLA活性未见恢复。我们还量化了肝脏中Gb3和Lyso-Gb3的含量，但没有检测到底物的减少。

由于移植的iPS细胞分泌的mNAGA数量有限，肝脏中的GLA活性不足以降低Gb3或Lyso-Gb3。然而，在未来，有可能通过基因组编辑来增加maga的分泌量。也有可能直接将mNAGA输送到需要GLA活性的器官和组织中。例如，移植由分泌mNAGA的iPS细胞衍生的心肌细胞片，直接将mNAGA输送到心脏。此外，虽然这项研究的重点是法布里病，但同样的策略也可以应用于其他疾病。

这项研究证明了利用基因组编辑的iPS细胞分泌治疗分子进行细胞治疗的潜力。这些基因组编辑的iPS细胞不仅可以作为细胞移植的资源，还可以作为药物输送系统。

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In Vivo Delivery of Therapeutic Molecules by Transplantation of Genome-Edited Induced Pluripotent Stem Cells