下一代基因治疗指向碱基编辑

2021年8 月 26 日——碱基编辑已成为基因治疗领域一个杰出且有前途的新参与者。基础编辑技术的创新是快节奏的，不断产生新的、更高效和特定的编辑器。最近，多项体内动物研究为碱基编辑在罕见遗传疾病及其他疾病的治疗应用提供了概念验证数据。

今年注定是基因编辑疗法史上值得纪念的一年。Vertex Pharmaceuticals 和 CRISPR Therapeutics 宣布，接受离体 CRISPR 修饰细胞疗法治疗镰状细胞病和 β 地中海贫血的患者在初始治疗一年后仍独立于输血，没有明显的副作用。

Intellia Therapeutics 和 Regeneron Pharmaceuticals 最近公布了他们关于有史以来第一个全身性给药的体内基因编辑疗法的数据。在这项试验中，受转甲状腺素蛋白淀粉样影响的患者在 CRISPR-Cas9 靶向功能失调的蛋白质后显示出血清中致病蛋白水平降低，这是一种危及生命的疾病，其特征是错误折叠的转甲状腺素蛋白在组织中积累。

由 Editas Medicine 领导的基于 CRISPR 的试验的数据预计将于今年公布，该试验旨在治愈 Leber 先天性黑蒙 (LCA)，这是最常见的遗传性儿童失明形式。这些令人鼓舞的进展推动 CRISPR-Cas9 编辑向前发展，以寻求治愈罕见的、使人衰弱的遗传疾病。

尽管这一消息令人兴奋，但这些创新的基因疗法引起了安全问题。CRISPR-Cas9 通过切割 DNA 启动基因组编辑过程，在目标位点引入双链断裂 (DSB)。这会在修复部位产生 DNA 碱基对的半随机插入和缺失(插入缺失)。

除了预期的目标位点外，这些事件还可能发生在基因组中的非预期位点，导致不需要的编辑和潜在的有害染色体重排，尤其是在靶向多个位点时。不良修饰很少见，但可能具有致癌和/或毒副作用。随着插入缺失的产生，CRISPR-Cas 技术可以有效地破坏基因或致病蛋白，但在考虑治疗应用时不足以精确或有效地引入特定的 DNA 变化。

进入基础编辑

一种新的 CRISPR 衍生技术，碱基编辑，于 2016 年开始发挥作用，它绕过了为成功编辑而产生 DSB 的需要。依赖于催化受损的 CRISPR-Cas 复合物募集到靶位点的脱氨酶，碱基编辑促进了无缝碱基转换，允许在越来越多的其他治疗应用中进行基因校正和沉默。

基因治疗领域的这个有前途的参与者主要有两类：胞苷碱基编辑器 (CBE)，介导胞嘧啶-鸟嘌呤到胸腺嘧啶 - 腺嘌呤的转化，以及腺嘌呤碱基编辑器 (ABE)，其诱导腺嘌呤 - 胸腺嘧啶到鸟嘌呤 - 胞嘧啶的转化，理论上允许校正所有转换突变。对于罕见疾病的应用，该技术涉及直接将致病突变恢复为正确的序列。

一个很好的例子来自一项研究，该研究为早衰症(或 Hutchinson-Gilford 早衰症综合征)儿童带来了希望，这是一种以过早衰老为特征的致命疾病。研究人员使用 ABE 来恢复层粘连蛋白 A 基因中的 G 到 A 突变，该突变导致错误剪接和有毒蛋白质的产生。在这项研究中，通过降低小鼠模型中的有毒蛋白质水平，实现了对各种器官的致病突变的实质性纠正，与未治疗的对照组相比，寿命延长了三倍。该策略有可能成为早衰症的首个治愈方法，这种一次性治疗可以永久纠正疾病的根本原因，并延长受影响儿童的寿命和生活质量。

在受 LCA 影响的成年小鼠中也取得了非常令人鼓舞的结果。通过在眼睛中使用慢病毒传递的 ABE，RPE65 基因中的无义突变被恢复，视觉功能恢复接近正常。

碱基编辑也证明了它在通过宫内分娩纠正出生前疾病突变方面的功效。Hurler 综合征是一种多器官溶酶体贮积病，在产前发生并导致产后早期心肺死亡。IDUA 基因中的致病突变(G 到 A)导致 α-糖苷酸酶缺乏和糖胺聚糖的溶酶体积累。已证明在子宫内递送 ABE 可在该疾病的小鼠模型中有效地重建胚胎肝细胞和心肌细胞的正确基础，改善存活率以及心脏代谢和肌肉骨骼功能。这为治疗产前发病和有限的产后治疗的疾病提供了机会。

碱基编辑也可用于通过引入无义突变或改变剪接位点以产生过早终止密码子来禁用致病或有毒蛋白质。该策略已被用于破坏导致肌萎缩侧索硬化 (ALS)的有毒蛋白质，一种致命的神经退行性疾病。大约 20% 的 ALS 患者的 SOD1 基因发生突变，导致产生有毒蛋白质。在 ALS 小鼠模型中，通过在脊髓中传递的 CBE 进行碱基编辑，在 SOD1 基因中引入了无义突变，导致突变蛋白水平降低，运动神经元存活率增加。尽管疾病的发作不受治疗的影响——很可能是由于碱基编辑器对受影响细胞的传递效率低——但干预减缓了疾病的进展，并增加了接受治疗的小鼠的存活率和神经肌肉能力. 碱基编辑器交付方面的进步为 ALS 的治疗提供了更多的希望和机会。

跳过有害外显子是使用碱基编辑器成功实施的另一种策略。Duchenne 型肌营养不良症 (DMD) 通常是由突变破坏了抗肌萎缩蛋白基因的正确剪接导致单个或多个外显子丢失所致。外显子 51 的缺失是 DMD 患者中最常见的单外显子缺失突变之一，导致引入过早终止密码子并产生非功能性截短的抗肌萎缩蛋白，这是严重肌肉退化表型的原因。科学家使用 ABE 系统破坏剪接位点并诱导外显子与过早终止密码子的跳跃。 在携带外显子 51 缺失的小鼠模型中，肌纤维中的功能性肌营养不良蛋白通过该系统恢复。这些结果支持了一种新的治疗策略，该策略可以在大量患者中恢复骨骼肌和心肌功能。

罕见病以外的碱基编辑

除了罕见疾病领域之外，碱基编辑还有可能解决非传染性疾病，正如最近在非人类灵长类动物中进行的临床前研究所证明的那样。ABE 对 PCSK9 基因的肝脏特异性失活可持久降低接受治疗的灵长类动物中胆固醇和甘油三酯的循环水平，这提供了初步但有力的证据，表明碱基编辑可以为冠状动脉疾病提供安全的“一次性”治疗，这是主要原因全世界的死亡人数。

这种方法的首次人体试验即将开始，重点是受遗传疾病影响的患者：家族性高胆固醇血症。一旦确定了安全性和有效性，该策略就有可能更广泛地应用于所有患有或有患上危及生命的动脉粥样硬化性心血管疾病风险的患者。

在地平线上

这并不代表基因治疗领域中碱基编辑应用程序的详尽列表。科学家们已经为其他未满足的疾病提供了令人信服的数据，还有许多其他疾病可能是目标。据估计，碱基编辑器可以纠正 37% 导致 4,000 种疾病发展的致病性单核苷酸变异。

碱基编辑器的持续快速发展以实现更高的编辑效率和特异性，以及交付方式的改进，使科学和临床社区对该技术不仅在管理，而且在治疗遗传疾病方面即将取得成功充满乐观和兴奋。

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