编辑推荐：
镰状细胞病（SCD）是一种单基因遗传病，现有治疗手段存在局限。研究人员通过构建小鼠模型，研究将 HbS 编辑为 HbG-Makassar 的效果。结果显示该编辑策略有潜力治疗 SCD。这为 SCD 的治疗提供了新的方向。
在医学的神秘世界里，镰状细胞病（SCD）一直是困扰人类健康的难题。它是由 β - 珠蛋白基因（HBB）的单点突变引起的单基因遗传病 。突变产生的异常血红蛋白（HbS）在缺氧时会聚合，让红细胞变得僵硬、难以变形，就像失去弹性的气球。这不仅会引发血管阻塞、剧烈疼痛危机，还会造成器官损伤，甚至导致患者过早死亡。
目前，针对 SCD 的治疗方法虽多，但都有各自的短板。药物治疗，像羟基脲和一些新的二线疗法，以及慢性输血治疗，只能缓解症状，无法根治疾病。异基因造血细胞移植虽有治愈的可能，但匹配的同胞供体稀缺，仅约 10% 的患者能幸运获得 。单倍体相合移植存在移植物抗宿主病的风险，而自体移植结合基因修饰细胞虽能避开这些问题，可之前的治疗策略在改善血红蛋白功能方面仍不够理想。
为了攻克这一难题，埃默里大学医学院（Emory University School of Medicine）和 Beam Therapeutics 等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了一项极具意义的研究，旨在评估将 HbS 编辑为 HbG-Makassar（HbG，βE6A）这种自然存在的血红蛋白变异体，能否有效治疗 SCD。研究结果令人振奋，为 SCD 的治疗带来了新希望，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员在研究过程中，运用了多种关键技术方法。首先，利用 CRISPR/Cas9 技术构建了表达人 HbGG 和 HbGS 的转基因小鼠模型，这就像是打造了一个个小小的 “疾病模型工厂”，方便在小鼠身上模拟人类的疾病状态。其次，通过蛋白质纯化、结构解析、氧气结合实验和聚合反应实验等技术，对纯化的 HbG 蛋白进行功能和结构表征，深入了解 HbG 的特性。另外，运用细胞分选、体外编辑和细胞培养技术，对人 CD34+细胞进行体外碱基编辑实验，观察编辑效果。
下面来看看具体的研究结果：
- 生成 Townes HbG-Makassar 动物模型：研究人员以携带多种人类血红蛋白基因的 Townes 小鼠为基础，通过基因编辑，将 HBB 的 Glu6 位点替换为 Hb G-Makassar 突变，并引入沉默突变，成功构建了小鼠模型，为后续研究提供了重要的实验对象。
- 纯化的 Hb G-Makassar 的功能表征：通过氧气结合研究发现，HbG 与 HbA、HbS 的氧气结合功能参数相似，βE6A突变对其结合和释放氧气的能力影响极小。聚合反应实验表明，HbG 在缺氧条件下不会聚合，且与 HbS 混合时，不会加剧 HbS 的聚合，就像给容易 “捣乱” 的 HbS 加上了 “抑制剂”。同时，X 射线晶体结构分析显示，βE6A突变不改变血红蛋白的拓扑结构，HbG 在氧化和脱氧状态下与 HbA 结构相似。
- 表达 HbG 的红细胞的表征：血液学指标检测发现，HbGG 小鼠的血液指标与 HbAA 小鼠相似，而 HbGS 小鼠的指标介于 HbAS 和 HbSS 之间。红细胞变形性和镰变实验表明，HbGS 红细胞在缺氧条件下的变形性比 HbSS 好，但比 HbAA 和 HbAS 差，且 HbGS 小鼠的镰变程度低于 HbSS。此外，HbGG 和 HbGS 红细胞存在脱水现象，表现为平均红细胞体积（MCV）降低，且含有较高比例的致密红细胞。HbGG 红细胞的线粒体保留增加，但并未出现无效红细胞生成，而 HbGS 小鼠存在无效红细胞生成，这可能会加重贫血和铁过载。
- 器官病理：对各基因型小鼠的器官病理评估显示，HbAA、HbGG、HbAS 和 HbGS 小鼠的肝脏重量与总体质量的比值相似，且均小于 HbSS 小鼠。HbAA 和 HbGG 小鼠的脾脏重量相似，HbGS 小鼠的脾脏重量介于 HbAS 和 HbSS 之间。肾脏的肾小球硬化评分在各基因型之间虽有差异，但未达到统计学意义。
- CD34+细胞中的体外 HbG-Makassar 基因编辑：研究人员使用工程化的腺嘌呤碱基编辑器（IBE 12.232）对 HbSS hCD34+细胞进行体外编辑，在 48 小时后编辑效率超过 58%，随着细胞分化，编辑效率可增加到 80% 以上。超高效液相色谱（UHPLC）分析表明，HbG 蛋白水平与 DNA 编辑率密切相关，编辑后 HbS 降低至总 β - 珠蛋白的 16% 以下。单克隆分析显示，约 75% 的细胞为双等位基因编辑，编辑后的 HbGS 细胞中 HbG 与 HbS 的比例与 HbGS Townes 小鼠和 HbAS 个体相似。
综合研究结果和讨论部分，这项研究意义重大。一方面，研究证明了纯化的 HbG 具有与 HbA 相似的功能和结构特性，不会像 HbS 那样聚合，这为将 HbS 编辑为 HbG-Makassar 的治疗策略提供了有力的理论支持。另一方面，虽然 HbGG 红细胞存在一些异常，如变形性差和线粒体保留增加，但整体上未导致疾病状态。而 HbGS 红细胞功能虽不是最优，但相比原始的 HbSS 红细胞已有显著改善。研究还强调了在评估新型基因编辑策略时，对成熟红细胞环境进行功能评估的重要性，因为一些潜在的问题无法通过体外实验检测出来。总之，通过腺嘌呤碱基编辑将致病性 HbS 直接替换为 HbG-Makassar，为 SCD 患者提供了一种极具前景的治疗选择，有望为众多患者带来新的生机，推动镰状细胞病治疗领域的发展。
