来自达纳-法伯/波士顿儿童癌症和血液学中心和麻省大学医学院的研究人员开发了一种策略，利用CRISPR-Cas9基因编辑患者自身的血液干细胞来治疗两种最常见的遗传性血液疾病——镰状细胞病和地中海贫血。本周，在《自然医学与血液》1月份的报道中，描述了他们的方法克服了以前的技术挑战，比以前更有效地编辑了血液干细胞。
这两项研究表明，经过基因编辑的细胞会产生经过基因修饰的红细胞和功能性血红蛋白。
“我们认为我们的工作定义了一种可以治疗常见血红蛋白疾病的策略，”丹尼尔鲍尔(Daniel Bauer)说，他是医学博士，Dana-Farber/波士顿儿童医生，也是两篇论文的资深作者。“将基因编辑与自体干细胞移植相结合，可能是治疗镰状细胞病、-地中海贫血等血液疾病的一种方法。”
根据世界卫生组织的统计，镰状细胞病和-地中海贫血每年影响全球33.2万个概念或出生。这两种疾病都涉及珠蛋白基因的突变。在-地中海贫血中，突变会阻止红细胞产生足够的携氧血红蛋白分子，从而导致贫血。在镰状细胞病中，突变导致血红蛋白改变形状，将红细胞扭曲成僵硬的“镰刀”形状，堵塞血管。
更有效的编辑
在自然医学研究中，使用了CRISPR-Cas9技术，麻省大学医学院苏格兰人Wolfe博士领导的研究团队对Cas9蛋白的基因编辑进行了修改，尤其是优化。在以往编辑人类血液干细胞和祖细胞基因组的尝试中，一旦将细胞植入骨髓，编辑的效率、特异性和长期稳定性都会发生变化。这项新技术提高了编辑器的定位和持久性。
马萨诸塞州大学医学院分子、细胞和癌症生物学系教授沃尔夫说：“有效编辑血液干细胞群体——理想情况下接近100%——对于为患者实现持久的治疗效果非常重要。“通过科学界许多实验室的贡献，实现了这一目标的进展。我们的研究团队与鲍尔实验室合作，致力于提高CRISPR-Cas9技术的输送和入核效率，实现几乎完整的全血干细胞群体的治疗编辑。”
鲍尔的团队利用这一策略进行了针对性很强的编辑。波士顿儿童医院先前的研究表明，一种叫做BCL11A的基因失活可以使红细胞在出生后继续产生胎儿血红蛋白。胎儿血红蛋白不是镰刀形的，可以替代有缺陷的“成人”血红蛋白。最近，鲍尔发现了一个更安全的靶点：BCL11A的遗传增强子，它只在红细胞中有活性。
鲍尔说：“通过我们新的非常有效的方案，我们可以在几乎所有收集的血液干细胞中编辑BCL11A增强子，并克服了编辑这些细胞的一些技术挑战。“在我们的实验中，超过95%的增强子序列拷贝以我们预期的方式发生了变化。”
这种策略使携带镰状细胞病患者血液干细胞的小鼠能够产生具有足够胎儿血红蛋白的红细胞，以防止镰状细胞。研究小组发现，经过基因编辑的细胞被注射到血液中，植入骨髓，产生经过基因修饰的红细胞。后来，当从这些小鼠身上分离出血液干细胞并移植到其他小鼠体内时，这些细胞再次被移植，仍然携带着治疗基因的变化。
当应用于-地中海贫血患者的血液干细胞时，同样的策略恢复了构成血红蛋白的珠蛋白链的正常平衡。
发表在《血液》杂志上的另一项研究使用了类似的基因编辑方案来靶向-地中海贫血的形式，这涉及到剪接突变——-珠蛋白基因附近的一个DNA位置错误，它改变了基因被读出来组装-珠蛋白的方式。在这项研究中，9名地中海贫血患者捐献了他们的细胞，这些细胞在培养皿中进行操作。对于一些患者，麻省大学的团队生产了一种不同的酶Cas12a，以更有效地靶向他们的突变。CRISPR系统有效地编辑和恢复了每个患者血细胞中-珠蛋白的正常剪接。
为临床试验打下基础。
研究人员正在采取措施，将BCL11A增强子的编辑策略带到临床。他们正在开发一种临床级的、按比例放大的细胞产品制造方案，并进行美国食品和药物管理局批准的必要的安全性研究。他们计划从国家心肺血液研究所的治愈镰状细胞项目中寻求资金，为患者进行临床试验。
达纳-法伯/波士顿儿童医院已经开始了镰状细胞病基因治疗的临床试验。该方法通过将患者的血液干细胞暴露于携带敲除红细胞前体中BCL11A基因的指令的慢病毒中来增加胎儿血红蛋白的产生。
鲍尔认为继续追求这两种方法很重要。他说：“这些疾病是非常常见的遗传疾病，尤其是在世界上资源非常有限的地区。“因此，我们需要广泛的治疗选择，为尽可能多的患者提供治疗。”
Dana-Farber/Boston Children的吴宇轩和景增是《自然医学》论文的共同第一作者；鲍尔是记者。《丹法伯/波士顿儿童》的徐是《血书》的第一作者；鲍尔和沃尔夫是合著者。
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