吴昊教授(左)与团队成员在实验中 供图/首都医科大学附属北京佑安医院

吴(wu)昊教(jiao)授(左)与团(tuan)队成(cheng)员(yuan)在实验中 供图(tu)/首(shou)都医科大学附属北京佑安医院

  9月11日,北京(jing)大(da)(da)学-清华大(da)(da)学生命(ming)科学联合中心(xin)邓宏魁(kui)研(yan)究(jiu)组(zu)、首都医科大(da)(da)学附属北京(jing)佑安医院吴昊研(yan)究(jiu)组(zu)以及解放军总医院第五医学中心(xin)陈(chen)虎课题组(zu)在《新英格兰医学杂(za)志》(The New England Journal of Medicine)发表了(le)题为《利用CRISPR基(ji)(ji)因编辑(ji)(ji)的成体造(zao)血(xue)干细胞(bao)在患有艾(ai)滋病合并急性淋巴细胞(bao)白血(xue)病患者中的长期(qi)重(zhong)建(jian)》(CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia)的研(yan)究(jiu)论文。这(zhei)意(yi)味着中国科研(yan)人员(yuan)首次完成基(ji)(ji)因编辑(ji)(ji)干细胞(bao)治疗艾(ai)滋病和白血(xue)病患者。

  发现“治愈”艾滋病重要新策略

  自20世纪80年代以来(lai),艾滋病(bing)造成(cheng)了重大的(de)公(gong)共(gong)卫生问题(ti)和社会问题(ti)。1996年,艾滋病(bing)领域(yu)研(yan)(yan)究取得了里程碑式进展,HIV入侵T细胞(bao)的(de)主要(yao)共(gong)受体CCR5被(bei)发(fa)现(xian)(xian)(xian),北大教(jiao)授邓宏魁是主要(yao)发(fa)现(xian)(xian)(xian)者之(zhi)一。随后(hou)的(de)研(yan)(yan)究发(fa)现(xian)(xian)(xian),CCR5基因(yin)呈缺陷型(xing)(CCR5-Δ32)的(de)人群不会被(bei)R5嗜性HIV病(bing)毒(du)感(gan)染(ran)。

  该研究论(lun)文的(de)(de)发(fa)表,意(yi)味着中国(guo)科研人员(yuan)建立了(le)基(ji)于CRISPR在(zai)人成体造血干(gan)细胞上进(jin)(jin)行(xing)CCR5基(ji)因(yin)(yin)编(bian)辑(ji)的(de)(de)技术(shu)体系(xi),实现(xian)了(le)经基(ji)因(yin)(yin)编(bian)辑(ji)后的(de)(de)成体造血干(gan)细胞在(zai)人体内(nei)长期稳(wen)定(ding)的(de)(de)造血系(xi)统(tong)重建,同时,在(zai)成体造血干(gan)细胞上的(de)(de)基(ji)因(yin)(yin)编(bian)辑(ji)并不会(hui)(hui)对其他组织器官(guan)及生殖系(xi)统(tong)产(chan)生影响。该工作初(chu)步(bu)证明了(le)基(ji)因(yin)(yin)编(bian)辑(ji)的(de)(de)成体造血干(gan)细胞移植(zhi)的(de)(de)可行(xing)性和在(zai)人体内(nei)的(de)(de)安全性,将会(hui)(hui)促进(jin)(jin)和推动基(ji)因(yin)(yin)编(bian)辑(ji)技术(shu)在(zai)临床(chuang)应(ying)用领域(yu)的(de)(de)发(fa)展(zhan)。

  研究组致力突破临床应用瓶颈

  2007年,一(yi)名(ming)同时患有白血(xue)病(bing)和艾(ai)滋病(bing)的(de)“柏(bo)林病(bing)人(ren)”在接受具有CCR5-Δ32突变(bian)的(de)造血(xue)干细(xi)胞移植(zhi)后,血(xue)清中(zhong)的(de)HIV病(bing)毒得(de)到有效清除,实现(xian)了艾(ai)滋病(bing)的(de)“功能性治愈”。因此,通(tong)过基因编辑敲除成(cheng)体造血(xue)干细(xi)胞上CCR5基因,再将编辑后的(de)细(xi)胞移植(zhi)到艾(ai)滋病(bing)患者(zhe)体内有可能成(cheng)为“功能性治愈”艾(ai)滋病(bing)的(de)新策略。 如何在造血(xue)干细(xi)胞中(zhong)进(jin)行(xing)高效基因编辑,一(yi)直(zhi)是该领域实现(xian)临床应用(yong)的(de)关键瓶(ping)颈。

  2017年,邓宏魁(kui)研(yan)究组建(jian)立了利用(yong)(yong)CRISPR/Cas9进行人(ren)造血干细胞基因编辑的(de)(de)技术体系(xi)。经过基因编辑后的(de)(de)人(ren)造血干细胞在(zai)(zai)动物模型中长期(qi)稳定地重建(jian)人(ren)的(de)(de)造血系(xi)统,其产生的(de)(de)外周(zhou)血细胞具有抵御HIV感(gan)染的(de)(de)能(neng)力,该研(yan)究成果(guo)发表在(zai)(zai)《Molecular Therapy》(美国基因与(yu)细胞治疗(liao)协会旗下期(qi)刊)上。为了实现(xian)该技术在(zai)(zai)临床上的(de)(de)应用(yong)(yong),在(zai)(zai)此基础上进行了一(yi)系(xi)列(lie)的(de)(de)优化。

  中华骨髓库提供适配骨髓

  基(ji)于此优(you)化技(ji)术体系,在通过原解放军第307医(yi)院(yuan)伦(lun)理委员(yuan)会审批后,该研究组进行了ClinicalTrials.gov网站上(shang)临床研究注册(ce)(NCT03164135)。

  据了解(jie),CRISPR/Cas9系统是一种存在(zai)于古细菌中的(de)(de)针(zhen)对入(ru)侵病毒和质粒的(de)(de)适应性免疫系统,可通过其(qi)gRNA定位于DNA靶序(xu)列(lie)上的(de)(de)PAM,直接与(yu)DNA靶标碱基(ji)配对对目标基(ji)因进(jin)行(xing)剪切以形成DSB,随(sui)后启动(dong)机(ji)体的(de)(de)自我损伤修复(fu)机(ji)制,并产生敲入(ru)或敲除的(de)(de)效(xiao)(xiao)应。该研究(jiu)艾滋病患(huan)者合(he)并急性淋巴细胞(bao)白(bai)血病,在(zai)接受ART和化(hua)疗之(zhi)后,研究(jiu)人员在(zai)中华(hua)骨髓库(ku)中筛选适配骨髓,在(zai)CD34+ HSPC细胞(bao)进(jin)行(xing)CCR5基(ji)因的(de)(de)CRISPR编辑(达到17.8%的(de)(de)CCR5基(ji)因敲除效(xiao)(xiao)率)之(zhi)后回输到患(huan)有(you)白(bai)血病合(he)并艾滋病的(de)(de)患(huan)者体内(nei),并进(jin)行(xing)了长达近两(liang)年(nian)的(de)(de)移植重(zhong)建及基(ji)因编辑效(xiao)(xiao)果(guo)的(de)(de)评价。

  研(yan)究发现(xian)(xian)在(zai)(zai)移植(zhi)后4周,患(huan)(huan)者白血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)病(bing)处(chu)于(yu)完(wan)全缓解状态,供者型骨髓细胞(bao)(bao)(bao)嵌(qian)合(he)(he)率达(da)100%。经过长达(da)19个(ge)(ge)月的(de)(de)(de)随访发现(xian)(xian),患(huan)(huan)者白血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)病(bing)处(chu)于(yu)持(chi)续(xu)完(wan)全缓解状态,供者型细胞(bao)(bao)(bao)完(wan)全嵌(qian)合(he)(he),骨髓细胞(bao)(bao)(bao)中(zhong)能够(gou)持(chi)续(xu)检测到CCR5基(ji)因(yin)编(bian)(bian)辑(ji)(ji)。为了(le)初步(bu)探索治疗(liao)(liao)的(de)(de)(de)有(you)效(xiao)性(xing)(xing),对(dui)该患(huan)(huan)者短(duan)暂(zan)停止服用(yong)抗HIV病(bing)毒药物。在(zai)(zai)短(duan)暂(zan)停药期(qi)间,CCR5基(ji)因(yin)编(bian)(bian)辑(ji)(ji)的(de)(de)(de)T细胞(bao)(bao)(bao)表现(xian)(xian)出(chu)一定(ding)程度抵御(yu)HIV感染的(de)(de)(de)能力,在(zai)(zai)19个(ge)(ge)月的(de)(de)(de)观(guan)察中(zhong)并未发现(xian)(xian)基(ji)因(yin)编(bian)(bian)辑(ji)(ji)造成(cheng)的(de)(de)(de)脱靶及其他副(fu)作(zuo)用(yong)。结(jie)果表明(ming),基(ji)于(yu)CRISPR的(de)(de)(de)成(cheng)体造血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)干细胞(bao)(bao)(bao)基(ji)因(yin)编(bian)(bian)辑(ji)(ji)技术能够(gou)在(zai)(zai)患(huan)(huan)者体内(nei)实现(xian)(xian)长期(qi)稳定(ding)的(de)(de)(de)基(ji)因(yin)编(bian)(bian)辑(ji)(ji)效(xiao)果,经过编(bian)(bian)辑(ji)(ji)后的(de)(de)(de)成(cheng)体造血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)干细胞(bao)(bao)(bao)能够(gou)长期(qi)重建人(ren)的(de)(de)(de)造血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)系(xi)统。本研(yan)究针对(dui)基(ji)因(yin)编(bian)(bian)辑(ji)(ji)安全性(xing)(xing)和(he)有(you)效(xiao)性(xing)(xing)进行了(le)一系(xi)列的(de)(de)(de)优化(hua),首次(ci)在(zai)(zai)人(ren)体内(nei)探索了(le)基(ji)因(yin)编(bian)(bian)辑(ji)(ji)的(de)(de)(de)造血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)干细胞(bao)(bao)(bao)移植(zhi)的(de)(de)(de)可行性(xing)(xing)和(he)安全性(xing)(xing),对(dui)于(yu)推(tui)动基(ji)因(yin)编(bian)(bian)辑(ji)(ji)技术治疗(liao)(liao)多(duo)种疾病(bing)的(de)(de)(de)临(lin)床研(yan)究具有(you)重要参考价值和(he)临(lin)床意义。

  项目获北京及国家相关基金支持

  同时,北京青年(nian)报(bao)记者了解到(dao),在(zai)成体造血(xue)干(gan)细胞(bao)(bao)上的(de)(de)(de)基(ji)因编辑只局限(xian)在(zai)造血(xue)干(gan)细胞(bao)(bao)及(ji)其分(fen)化(hua)产(chan)生的(de)(de)(de)血(xue)细胞(bao)(bao)中,而不会对其他组织器官及(ji)生殖系统产(chan)生影响。以CRISPR为(wei)代表(biao)的(de)(de)(de)基(ji)因编辑技(ji)术(shu)在(zai)疾病的(de)(de)(de)治(zhi)(zhi)疗上具有极大的(de)(de)(de)应(ying)用(yong)潜力,有望为(wei)艾滋病、镰刀型贫血(xue)、血(xue)友(you)病、β地中海(hai)贫血(xue)等血(xue)液系统相关疾病的(de)(de)(de)治(zhi)(zhi)疗带来(lai)新的(de)(de)(de)曙光。研究团队表(biao)示(shi),在(zai)今(jin)后的(de)(de)(de)研究中,将进(jin)一步(bu)提高(gao)基(ji)因编辑效率(lv)及(ji)优(you)化(hua)移(yi)植(zhi)方(fang)案,有望加速基(ji)因编辑造血(xue)干(gan)细胞(bao)(bao)移(yi)植(zhi)技(ji)术(shu)向临(lin)床疾病治(zhi)(zhi)疗转化(hua)的(de)(de)(de)进(jin)程(cheng)。

  据介绍,此工作获(huo)得了(le)北(bei)京(jing)市科学(xue)(xue)技(ji)术委员会基(ji)金(jin)及天然药物(wu)(wu)及仿生(sheng)药物(wu)(wu)国家重(zhong)点实验室等基(ji)金(jin)的(de)(de)大(da)力支持。北(bei)京(jing)大(da)学(xue)(xue)邓宏魁教(jiao)授(shou)、解放(fang)军(jun)(jun)总医(yi)院第五医(yi)学(xue)(xue)中心陈虎(hu)教(jiao)授(shou)及北(bei)京(jing)佑(you)安医(yi)院吴昊教(jiao)授(shou)为该论(lun)文的(de)(de)共(gong)同(tong)通讯作者。徐磊博(bo)士(shi)、王(wang)军(jun)(jun)博(bo)士(shi)、博(bo)士(shi)生(sheng)刘(liu)宇林及谢良福为该论(lun)文的(de)(de)共(gong)同(tong)第一作者。北(bei)京(jing)大(da)学(xue)(xue)李程教(jiao)授(shou)、博(bo)士(shi)生(sheng)王(wang)龙腾为该研(yan)究做出了(le)重(zhong)要贡献。陈虎(hu)教(jiao)授(shou)是全国造血干细胞移植领域的(de)(de)领军(jun)(jun)人物(wu)(wu),在该研(yan)究中起到(dao)了(le)关(guan)键作用。但(dan)陈虎(hu)教(jiao)授(shou)于2019年(nian)7月24日因病逝世,没有看到(dao)论(lun)文的(de)(de)发表,令人扼腕(wan)。