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基因疗法在现代医学中意义重大，但现有病毒载体存在转基因表达欠佳和脱靶效应等问题。研究人员针对 β - 血红蛋白病（β -hemoglobinopathies）开展研究，筛选出新型红细胞特异性增强子，能有效纠正疾病表型。这为基因疗法发展提供新思路，有望改善治疗效果。
基因疗法近年来在医学领域掀起了一阵热潮，它就像一把神奇的钥匙，为许多疑难杂症的治疗带来了新希望，有望实现单剂量治愈多种疾病。然而，这把 “钥匙” 目前还存在一些瑕疵。在实际应用中，传统基因疗法的病毒载体常出现转基因表达难以达到治疗水平的情况，就好比给病人配的药剂量不足，无法有效缓解病情；同时，还存在严重的脱靶效应，这就像是子弹打偏了，不仅没有击中目标，还可能带来其他不良影响，比如在非靶细胞类型中表达转基因，甚至激活病毒整合位点附近的致癌基因，引发新的健康问题。这些问题严重限制了基因疗法的发展，使得新的基于基因疗法的治疗方案难以顺利开发。
为了解决这些棘手的问题，来自美国阿尔蒂乌斯生物医学科学研究所（Altius Institute for Biomedical Sciences）、希腊亚里士多德大学等多个研究机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为基因疗法的发展带来了新的曙光。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过功能性基因组图谱筛选候选调控序列；然后，利用基于流式细胞术（FACS）的慢病毒 MPRA（lentiMPRA）方法对候选序列进行功能筛选；此外，还运用基因编辑技术对特定增强子进行删除，以研究其功能；最后，通过 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达变化。在样本方面，使用了来自健康供体和 β - 地中海贫血患者的造血干细胞和祖细胞（HSPCs）。
下面我们来详细看看研究结果：
- 大规模评估红细胞增强子：研究人员设计了一个 4 步发现流程来识别用于基因治疗的增强子元件。他们从成人体外红细胞分化过程中的染色质可及性数据中筛选出 5393 个 DNase I 超敏感位点（DHSs），并将其构建成约 15,000 个片段的文库。通过在与临床相关的慢病毒载体中进行筛选，发现这些元件在红细胞中有不同的增强子活性，且具有细胞类型限制和发育阶段特异性。例如，一些增强子片段能显著提高绿色荧光蛋白（GFP）的表达，而另一些则表现出抑制作用123。
- 鉴定具有谱系选择性和发育活性的增强子：研究人员对 40 个候选序列进行了单独测试，发现它们在 HUDEP - 2 细胞（一种 CD34+细胞衍生的人类红细胞祖细胞系）中能显著增加 GFP 表达，且在红细胞系中的活性明显高于其他造血细胞系。在体内实验中，将这些增强子转导到小鼠体内后，GFP 表达主要局限于人类红细胞祖细胞，进一步证明了其谱系特异性45。
- 增强子驱动的转基因活性与染色质可及性的时间动态平行：研究发现，增强子的调控能力与它们在天然基因组背景下的可及性谱密切相关。例如，L196 和 L223 这两个增强子在红细胞分化过程中，其活性与染色质可及性的变化趋势一致。而且，尽管它们的 H3K27ac 水平较低，但敲除这些增强子会导致其靶基因的转录抑制，表明它们可用于基因治疗中对转基因表达的时间控制67。
- 新型增强子的直接临床前转化：研究人员将筛选出的增强子应用于治疗 β - 血红蛋白病的慢病毒载体中。实验表明，含有新型增强子（如 PVT1）的载体在病毒生产、γ - 珠蛋白激活、细胞增殖和体内治疗效果等方面均优于传统的 β - 珠蛋白 μLCR 载体。在治疗 β - 地中海贫血患者来源的 HSPCs 时，PVT1 增强子载体能更有效地纠正疾病表型，提高红细胞的成熟度和去核率，降低活性氧（ROS）水平8910。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功开发了一种大规模发现短而有效的增强子元件的平台，这些增强子具有精确的时空活性，能够优化病毒载体设计，使基因疗法更高效、更安全且成本更低。新型增强子可以有效替代 β - 珠蛋白 μLCR，解决了传统载体病毒滴度低、细胞转导效率低等问题。这一研究成果为基因疗法的发展提供了重要的理论基础和实践指导，有望推动基因疗法在临床治疗中的广泛应用，让更多患者受益。
