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中国科学家首次尝试用基因编辑技术治疗艾滋病

发表时间:2019-09-23 04:28:32 | 来源:Nature自然科研 | 编辑:梧桐雨

经基因工程修饰的细胞在中国的一名艾滋病病毒阳性男性患者体内持续存活了19个月,但数量不足以达到降低病毒载量的效果。

研究人员首次尝试使用CRISPR基因编辑技术治疗艾滋病病毒(HIV)感染患者。

艾滋病病毒通过攻击免疫细胞破坏机体抵抗力。图片来源:Steve Gschmeissner/Science Photo Library

中国科学家对人类干细胞进行基因编辑,使其天然能够抵御HIV并将其移植到一名罹患血液系统肿瘤的HIV感染者身上。经基因编辑的细胞在患者体内持续存活了一年多且未引起明显副作用,但细胞数量较少,不足以降低血液中HIV的病毒载量。

“这是在使用基因编辑技术治疗人类疾病道路上迈出的重要一步,”加州大学伯克利分校的生物学家Fyodor Urnov说,“因为这项研究,我们知道了这些经编辑的细胞可以在患者体内存活,而且是长时间存活。”

该研究[1]于9月11日发表在《新英格兰医学杂志》上。论文主要作者、北京大学生物学家邓宏魁教授表示,这项研究的灵感来自于十多年前一则骨髓移植似乎治愈了HIV感染的病例报道。

  突变带来的希望

2007年,Timothy Ray Brown,最初被称为“柏林病人”,因为白血病接受了骨髓移植。但骨髓供体非常特殊,他携带了特别版本的CCR5基因,对HIV具有免疫力。

通常情况下,CCR5基因编码的是白细胞上的一种受体,HIV病毒主要通过该受体进入细胞。如果个体携带两个CCR5突变拷贝,这种受体会发生弯曲并阻止某些HIV病毒株进入细胞。但这种抗HIV基因特别罕见:仅在1%的欧洲血统人口中有发现,在其他种族群体中几乎不存在。

医生们希望通过骨髓移植,用对HIV有抵抗力的免疫细胞取代Brown原有的免疫细胞——他们也确实成功了。已经快过去13年了,Brown的血液中未再检测到HIV病毒存在的迹象,白血病则处于持续缓解期。今年3月,研究人员报道第二名患者在英国接受了类似的手术,并被治愈[2](点击查看该报道:干细胞疗法再度成功清除HIV病毒,但说“被治愈”为时尚早)。

邓教授希望通过CRISPR基因编辑技术对来自正常供体的血液干细胞进行基因编辑,使其具备HIV抵抗性,进而让这种潜在的治愈方法更具可推广性。他和他的同事们在一名27岁的中国男性身上对这种方法进行了测试,该男子携带HIV且罹患白血病,需进行骨髓移植手术。他们从供体内提取骨髓干细胞,并利用CRISPR-Cas9技术将其转化为CCR5突变体。

起初,研究人员无法通过CRISPR敲除干细胞中的CCR5。“我当时想,哇,这些细胞还真顽固。”邓教授说。最终,研究团队成功对17.8%的供体干细胞进行了基因编辑。

  安全第一

为最大限度地提高骨髓移植治疗患者白血病的概率,研究人员将经基因编辑的干细胞与原始干细胞进行了混合。研究团队在移植后对该患者进行了持续监测,以了解经基因编辑的细胞能否存活和复制,是否能治愈HIV感染,以及最重要的——治疗是否安全。

“这是第一次试验,因此我们最关注的是治疗是否安全。”邓教授说。

在人体内使用CRISPR基因编辑技术仍然存在争议,部分反对的声音主要是担心其可能产生副作用。有研究表明,在实验室中CRISPR有时可能会造成预料外的基因突变[3]——如果在人体内发生,其后果可能是灾难性的。

骨髓移植术后19个月,患者体内仍能检测到经CRISPR编辑的干细胞,尽管它们仅占患者总干细胞的5-8%。换句话说,略超过一半的基因编辑干细胞在移植后死亡了。此外,尽管该男子的白血病持续缓解,但他体内仍可检测HIV。

“5%不足以降低病毒载量,对于这一结果我毫不意外,”Urnov说,“但至少我们知道经CRISPR编辑的细胞可以持续存在,以及5%这个数字还不够。”

而邓教授最在意的还是经基因编辑的细胞并未对这名男子造成任何不良影响。不仅如此,研究人员对这些细胞进行基因组测序时,也未发现任何预料之外的基因突变证据。

  更进一步

“这项发现对整个领域来说确实是个好消息,”美国宾夕法尼亚大学的免疫学家Carl June说,“我们现在知道,我们原则上可以使用CRISPR技术编辑人类干细胞,编辑后的细胞可以在患者体内持续存活且不会造成不良影响。”

June表示,邓教授的研究为探索使用CRISPR基因编辑技术治疗其他血液疾病,如镰状细胞贫血,打开了新的大门。他着重强调此次研究遵循了严格的伦理规范,包括取得了受试对象的知情同意。

基因编辑技术的进步意味着,研究人员现在可以以高于17.8%的成功率对干细胞进行编辑;但这也伴随着风险,因为CRISPR每次切割基因组时都有可能发生错误。基因编辑效率提高意味着切割次数增加,那么发生错误的几率也便更大。

“这项研究并未取得全面胜利,但它会推动领域向前发展。”Urnov说。如果研究中发现这种操作不安全,那么监管机构可能会禁止未来开展类似的研究。但现在,研究人员可以用这项研究作为依据,证明这类研究不仅是安全的,甚至还可能带来丰硕的成果。

“我今晚要多吃一勺冰淇淋庆祝一下,因为我知道使用基因编辑技术治疗人类疾病,仍在正确的道路上不断向前推进。”Urnov说。

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