近日，一項(xiàng)刊登在國際雜志The New England Journal of Medicine上的研究報(bào)告中，來自北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心鄧宏魁研究組、解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心陳虎研究組及首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京佑安醫(yī)院吳昊研究組的研究人員通過聯(lián)合研究發(fā)表了題為“CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia”（利用CRISPR基因編輯的成體造血干細(xì)胞在患有艾滋病合并急性淋巴細(xì)胞白血病患者中的長期重建）的研究論文，這項(xiàng)研究成果標(biāo)志著世界上首例通過基因編輯干細(xì)胞治療艾滋病和白血病患者的案例由我國科學(xué)家成功完成了！

CCR5修飾的HSPCs的移植

圖片來源：Lei Xu et al. N Engl J Med 2019 DOI：10.1056/NEJMoa1817426

我們都知道，如今CRISPR-Cas9基因編輯工具對哺乳動物細(xì)胞的基因組進(jìn)行編輯已經(jīng)被廣泛使用了，該技術(shù)展現(xiàn)出了潛在的臨床使用前途，而且目前研究人員已經(jīng)開始利用該技術(shù)來探尋基于CRISPR的療法治療人類疾病的安全性和可行性。CCR5是HIV-1感染人體的一個保護(hù)性靶點(diǎn)，CCR5缺失的血細(xì)胞常常對HIV-1的感染有很大的抵抗力；有研究表明，當(dāng)將攜帶天然CCR5突變的造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞（HSPCs，hematopoietic stem and progenitor cells，造血干祖細(xì)胞）進(jìn)行同種異體移植后（allogeneic transplantation）就能長期根除HIV-1，因?yàn)镃CR5是HIV進(jìn)入機(jī)體的關(guān)鍵共受體，這些事例或許就增加了一種可能性，即移植攜帶人工破壞CCR5的細(xì)胞或能作為一種新方法來制造對HIV-1感染耐受的細(xì)胞。

此前研究中，研究人員建立了一種無病毒的CRISPR基因編輯系統(tǒng)，其能產(chǎn)生CCR5被破壞的人類HSPCs，效率能達(dá)到27%；在動物模型中，這些CCR5修飾的HSPCs能產(chǎn)生一種對HIV-1感染耐受的強(qiáng)大免疫系統(tǒng)；這項(xiàng)研究中，研究人員將CRISPR編輯的CCR5被剔除的造血干祖細(xì)胞（HSPCs）移植到HIV-1感染且患有急性淋巴細(xì)胞白血?。ˋLL）的患者中，研究者發(fā)現(xiàn)，患者的ALL能夠得到完全緩解（完全供體嵌合），而且攜帶CCR5被剔除的供體細(xì)胞能在患者體內(nèi)存活長達(dá)19個月以上，同時患者并未出現(xiàn)于基因編輯相關(guān)的不良反應(yīng)。在患者抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療中斷期間，攜帶CCR5被剔除的CD4+ T細(xì)胞的比例略有增加，盡管研究人員實(shí)現(xiàn)了CRISPR編輯的HSPCs的成功和長期移植，但淋巴細(xì)胞中CCR5被破壞的比例僅有5%左右，這還需要研究人員后期進(jìn)一步深入研究。

2017年鄧宏魁課題組對該技術(shù)體系進(jìn)行了優(yōu)化，同時致力于該技術(shù)的臨床應(yīng)用，目前已經(jīng)通過原解放軍第307醫(yī)院倫理委員會審批，在ClinicalTrials.gov網(wǎng)站上進(jìn)行了臨床研究注冊(NCT03164135)。這項(xiàng)研究中的患者分別在2016年5月14和5月16倍診斷為HIV-AIDS和ALL（T細(xì)胞型），患者體內(nèi)病毒載量為8.5*106拷貝/毫升，CD4+ 細(xì)胞計(jì)數(shù)結(jié)果為528*106/升，患者隨機(jī)使用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物進(jìn)行治療，即每天300 mg拉米夫定、300 mg的替諾福韋、每天兩次洛匹那韋-利托那韋（400mg洛匹那韋和100mg利托那韋），治療1年后患者體內(nèi)的HIV-1感染能得到有效控制，且血清中檢測不到病毒RNA的存在（即小于40拷貝/毫升）；患者同時還接受了6個療程的ALL標(biāo)準(zhǔn)化療，化療使得患者的癥狀得到了完全緩解，通過流式細(xì)胞技術(shù)進(jìn)行檢測后，患者在化療第5個第6個療程之前的微小殘留?。╩inimal residual disease）分別為3.10%和0.04%，6個療程后微小殘留病檢測不到了（小于0.01%）。供體為一名33歲來自中國骨髓捐獻(xiàn)計(jì)劃中的男性捐獻(xiàn)者，其攜帶有未突變的CCCR5基因，其與受體具有完全匹配的HLA（組織相容性抗原），2017年9月?；颊呓邮芰水愺w造血干祖細(xì)胞移植。

這項(xiàng)研究中，研究人員報(bào)道了利用CRISPR-Cas9基因編輯的CCR5突變的HSPCs成功對感染HIV-1合并ALL的患者進(jìn)行同種異體移植的案例，供體細(xì)胞完全嵌合，移植HSPCs后患者的ALL在19個月內(nèi)能夠保持完全緩解的狀態(tài)，在此期間，經(jīng)過修飾的CCR5基因能夠持續(xù)存在，在骨髓細(xì)胞中CCR5突變的范圍為5.20%-8.28%，研究結(jié)果證明了研究者能夠?qū)崿F(xiàn)CRISPR編輯的同種異體HSPCs的長期移植，然而移植后受體的反應(yīng)效率或許還不足以達(dá)到治愈HIV-1感染的目標(biāo)。

在研究者19個月的隨訪觀察中，他們發(fā)現(xiàn)，CRISPR介導(dǎo)的CCR5剔除效率在骨髓樣本中為5.20%-8.28%，同時研究者在多個造血譜系細(xì)胞中觀察到了CRISPR介導(dǎo)的CCR5剔除的狀況，這就表明CCR5剔除/突變的HSPCs能長期移植到患者機(jī)體中并發(fā)揮相應(yīng)的作用。尤其是，患者機(jī)體中的CD4+ T細(xì)胞和CCR5突變體能夠持續(xù)產(chǎn)生并不斷釋放到患者的外周血中，而外周血中的CD4+ T細(xì)胞的數(shù)量也會在患者移植后6個月內(nèi)逐漸恢復(fù)到正常水平，同時患者接受HIV-1感染的治療還能為其提供機(jī)會性的保護(hù)。

本文研究的重要一點(diǎn)在于研究者能夠評估CRISPR-Cas9介導(dǎo)的基因療法的臨床安全性，此前基于HSPC的基因療法并沒有那么有效，原因在于外源性DNA會隨機(jī)整合到宿主基因組中，有時候甚至?xí)l(fā)急性免疫反應(yīng)或腫瘤的發(fā)生。這項(xiàng)研究中，研究者通過非病毒轉(zhuǎn)染的方式來引入Cas9核糖核蛋白，從而就能有效避免外源性DNA的引入及Cas9在靶細(xì)胞中的長期存在，這或許就是導(dǎo)致意外脫靶突變的潛在因素。利用高通量全基因組測序的方法，研究人員分析了患者移植前的樣品和移植后15周、12個月及19個月的樣品，結(jié)果并未檢測到任何單核苷酸的突變、大型片段的缺失及與CRISPR修飾相關(guān)的染色體重排等；此外，研究者也并未觀察到與基因編輯相關(guān)的負(fù)面事件。基因編輯和脫靶效應(yīng)所帶來的臨床不良事件往往能為基因編輯方法的安全性提供初步支持，然而，目前低效率靶向作用CCR5或許限制了脫靶基因編輯分析的深度；因此，研究人員有必要在更高的基因靶向作用下，進(jìn)一步分析CRISPR-Cas9介導(dǎo)的HSPCs中CCR5突變的安全性和效率。

在患者移植HSPCs后7個月中斷了抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療，在中斷兩周后研究者觀察到患者機(jī)體中CCR5缺失的比率有所增加；在患者機(jī)體基因編輯效率降低可能是因?yàn)镃D34缺失的細(xì)胞中共融合HSPCs的競爭性移植以及供體T細(xì)胞的持久性，為了進(jìn)一步闡明CCR5突變的HSPCs抵御HIV-1的效率，研究人員非常有必要增加CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)的效率以及改善移植方案。

最近有研究表明，CCR5-Δ32突變的純合性往往與患者的預(yù)期壽命下降有關(guān)，這或許就凸顯了CCR5突變在個體水平下的潛在有害效應(yīng)；然而，與控制HIV感染的其它基因編輯策略不同的是，HIV感染患者機(jī)體造血系統(tǒng)中CCR5的剔除/突變并不會改變非造血組織中基因的表達(dá)。

總而言之，中國科學(xué)家的這項(xiàng)最新研究描述了同種異體干細(xì)胞移植后CCR5 CRISPR基因編輯的CD34+細(xì)胞的長期移植狀況，其對循環(huán)骨髓細(xì)胞基因組的基因干擾比率不到8%，而且并不存在基因編輯的脫靶效應(yīng)。這項(xiàng)長達(dá)多年的工作目前已經(jīng)初步證實(shí)了基因編輯造血干細(xì)胞在臨床應(yīng)用中的可行性與安全性，未來將會促進(jìn)和推動該技術(shù)的臨床應(yīng)用。未來研究人員將會繼續(xù)深入研究通過各種方法來優(yōu)化基因編輯造血干細(xì)胞移植方案，從而降低脫靶率，實(shí)現(xiàn)100%的CCR5的敲除效率。

參考資料：

Lei Xu， M.D.， Ph.D.， Jun Wang， M.D.， Ph.D.， Yulin Liu， B.S.， et al. CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia， N Engl J Med 2019； 381：1240-1247 doi：10.1056/NEJMoa1817426