世界首例基因編輯人體造血干細胞成功移植 未來一次治療有望獲得持久性療效

一例與“柏林病人”(全世界唯一被治愈的艾滋病患者)相似的案例出現(xiàn)在北京?;颊吲c“柏林病人”同患血液腫瘤兼艾滋病,治療方案同是造血干細胞移植;不同的是,前者通過基因編輯的方法獲得CCR5基因突變的造血干細胞,而后者的突變天然擁有。

9月12日,《新英格蘭醫(yī)學雜志》在線發(fā)表了我國學者這項“以基因編輯技術之長,補‘柏林病人’之短”的探索——北京大學生命科學學院鄧宏魁教授、解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學中心陳虎教授、首都醫(yī)科大學附屬佑安醫(yī)院吳昊教授等團隊合作,利用基因編輯手段在人體造血干細胞中失活CCR5基因,并將編輯后的干細胞移植到HIV(艾滋病病毒)感染合并急性淋巴細胞白血病患者體內(nèi)產(chǎn)生效果,這在世界上尚屬首次。

基因編輯的造血干細胞能夠在患者體內(nèi)存活并從“少數(shù)外來者”繁衍為“絕對多數(shù)的原住民”,是治愈艾滋病的關鍵。

“這項研究成果是第一步,它證明了基因編輯后的造血干細胞在人體中是安全的,并且能夠存活下來,甚至有可能‘逆境繁衍’。”北京大學生命科學學院教授鄧宏魁對科技日報記者說,研究團隊后續(xù)將繼續(xù)提高基因編輯效率,調(diào)整治療方案,以達到治愈的目標。

“經(jīng)過基因編輯的T細胞體現(xiàn)了更強的抗敵能力”

“研究之初,我們最擔心它們能不能活下來。”鄧宏魁說的它們,指的是進行了基因編輯的干細胞。鄧宏魁解釋,干細胞進入新環(huán)境其實很脆弱,患者進行了清髓,如果基因編輯后的干細胞難以在體內(nèi)存活,那么患者的生命會有危險。

因此,保險的方法是“兼有”,同時輸入編輯的細胞和未經(jīng)編輯的細胞。

但保險的方法往往不是最有效的方法。陪伴進入的未編輯細胞可能阻礙編輯細胞發(fā)揮最大效能,例如產(chǎn)生競爭,“由于干細胞競爭性定植的原因,體內(nèi)檢查到的基因編輯效率會相應下降。”鄧宏魁說。

未編輯細胞還有可能成為“豬隊友”,助長病毒攻勢。清華大學艾滋病綜合研究中心主任張林琦在接受媒體采訪時點評道:抗艾滋病用藥暫停期間病毒反彈,有可能是因為未經(jīng)基因的CD4+T細胞(干細胞分化而來)為病毒的復制和反彈提供了場所。

這是一個艱難的選擇。最終,為了最大程度上保證患者利益、臨床安全,團隊選擇了最保險的方案,確保白血病治療。

最終的結果令研究團隊欣慰,在一同面臨勁敵HIV時,經(jīng)過基因編輯的T細胞體現(xiàn)了更強的抗敵能力,在T細胞總數(shù)量占比上從2.96%增加到4.39%,相當于提高了1.5倍。

使用8種“剪刀”,提效率、防脫靶

CRISPR基因編輯技術的編輯效率和脫靶效應,一直羈絆它邁向臨床。為了使其滿足臨床要求,鄧宏魁和團隊打出一套“組合拳”。

“造血干細胞多處于‘靜息態(tài)’,本身是很難處理的,對于其他干細胞適用的基因編輯手段,對它可能不管用。”鄧宏魁說,“例如基因槍‘打靶’的方法,即便將編輯的‘剪刀’放進去了,可整個細胞不活躍,也不會帶動‘剪刀’編輯。”

在先期建立經(jīng)試驗動物驗證的技術體系基礎上,鄧宏魁團隊摸索多種條件,建立能進行基因編輯的造血干細胞的預處理培養(yǎng)方法,不僅讓它“動起來”,還不破壞它的干性、穩(wěn)態(tài)、生存能力等。

團隊嘗試了8種導入“剪刀”的轉(zhuǎn)染方法,采用縮短編輯時間、引入配對的向?qū)NA策略等,探索提高編輯效率、降低脫靶效率的方法。

在真正的患者體內(nèi),這些技術方案經(jīng)受住了考驗。鄧宏魁表示,研究結果給出了答案:基因編輯在持續(xù)性、脫靶性、有效性方面可以接受臨床檢驗。

外媒評價道:“這一研究暗示基因編輯技術似乎有能力進行安全、有效、精確的DNA改變。”

未來一次治療有望獲得持久性療效

“在停藥4周后,患者體內(nèi)的HIV量出現(xiàn)了反彈。”鄧宏魁說,盡管基因編輯效率是17.8%,但由于與未編輯細胞同時輸注,體內(nèi)的編輯細胞占比徘徊在5%—8%。

與“柏林病人”使用的天然CCR5突變100%的干細胞相比,5%—8%顯得有些勢單力薄,無論是輸入策略還是基因編輯效率,都是未來需要調(diào)整和努力的方向。

“未來可以考慮單純移植經(jīng)過編輯的干細胞,從而提高編輯后的干細胞的植入。”鄧宏魁說,此次研究驗證了安全性、可行性,但仍需大幅提高基因編輯的效率,以提高有效性。

鄧宏魁對編輯效率提高的工作表示樂觀:近幾年基因編輯技術不斷發(fā)展,相信很快就會有安全且更高效率的基因編輯技術體系被開發(fā)出來。現(xiàn)有方法的優(yōu)化也會多方面提高效率。未來,當基因編輯后的造血干細胞能夠產(chǎn)生足夠多的帶有突變的T細胞抵御HIV時,通過一次治療便可獲得持久性療效。

值得一提的是,雖然和基因編輯嬰兒事件基于相同的治療原理,即基于CCR5這一靶點,用來預防HIV同T細胞結合,進而阻止HIV對人體免疫系統(tǒng)的破壞,但此次研究是治療性臨床試驗,同時該研究在成人身上的體細胞中進行,避免了胚胎基因編輯的倫理爭議。 (張佳星)(科技日報北京9月15日電)

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