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基因編輯技術(shù)能做什么？答案有很多。

北大教授鄧宏魁把基因編輯變成了可以治療艾滋病的工具。從實(shí)驗(yàn)到臨床、從原理到實(shí)踐，數(shù)年的努力后，世界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初步報(bào)道。

在首次完成基因編輯干細(xì)胞治療艾滋病和白血病患者的過程中，鄧?yán)蠋熀屯聜兘?jīng)歷了怎樣的求索？這項(xiàng)技術(shù)的原理和前景又如何？閑言少敘，快來(lái)文中找到答案！

本文圖片均來(lái)自“北京大學(xué)”微信公眾號(hào)

近日，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)院吳昊研究組合作，在《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》（The New England Journal of Medicine）發(fā)表了題為《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(zhǎng)期重建》（CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia）的研究論文，標(biāo)志著世界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(guó)科學(xué)家完成了！

鄧宏魁課題組對(duì)運(yùn)用基因編輯技術(shù)治療白血病、艾滋病等血液系統(tǒng)相關(guān)疾病的臨床治療持審慎樂觀態(tài)度。未來(lái)的研究領(lǐng)域?qū)⒅赜诨蚓庉嬓屎团R床應(yīng)用安全。

對(duì)免疫系統(tǒng)“精確制導(dǎo)”的HIV

自二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，艾滋病造成了重大的公共衛(wèi)生問題和社會(huì)問題。這是一種讓人談之色變的病毒型傳染病，艾滋病毒通過破壞T細(xì)胞，能削弱機(jī)體抗感染和癌癥的防御功能，患者多死于嚴(yán)重感染和癌癥。

艾滋病之所以成為人類健康的“殺手”，是因?yàn)镠IV病毒會(huì)識(shí)別并摧毀人體T細(xì)胞。而病毒是怎么“認(rèn)出”T細(xì)胞的呢？不是因?yàn)樗翱吹玫健保怯捎赥細(xì)胞表面“特異性受體”的存在。

1996年，艾滋病研究領(lǐng)域取得了里程碑式進(jìn)展：HIV病毒入侵T細(xì)胞的主要共受體CCR5被發(fā)現(xiàn)（鄧宏魁教授是主要發(fā)現(xiàn)者之一）。艾滋病病毒表面的某種蛋白會(huì)與CD4陽(yáng)性T細(xì)胞表面的受體結(jié)合，在CCR5的幫助下，實(shí)現(xiàn)對(duì)免疫系統(tǒng)的破壞。

“柏林病人”和“倫敦病人”的提示

那么，如果少了CCR5的幫助，是不是就能阻止HIV的肆虐呢？事實(shí)正是如此。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，CCR5-Δ32純合突變的CD4陽(yáng)性T細(xì)胞具有抵御HIV感染的能力。這一基因突變后，免疫細(xì)胞表面的CCR5受體就會(huì)發(fā)生變化，艾滋病病毒表面的某種蛋白與CD4陽(yáng)性T細(xì)胞表面的受體結(jié)合就無(wú)法照常進(jìn)行了。

2007年，患有白血病合并艾滋病的“柏林病人”在接受具有CCR5-Δ32突變的造血干細(xì)胞移植后，實(shí)現(xiàn)了“功能性治愈”。這位名叫蒂莫西·布朗的病人同時(shí)患有艾滋病和白血病，2007年他在柏林接受放射療法和造血干細(xì)胞移植，具有CCR5-Δ32突變的造血干細(xì)胞在成功移植后能在體內(nèi)分化為具有CCR5-Δ32突變的T細(xì)胞，因此這種治療方法不僅能治愈白血病，同時(shí)也治愈了艾滋?。?019年，“倫敦病人”案例的證明此前“柏林病人”并非個(gè)例。因此，通過基因編輯敲除成體造血干細(xì)胞上CCR5基因，再將編輯后的細(xì)胞移植到艾滋病患者體內(nèi)有可能成為“功能性治愈”艾滋病的新策略。

基因編輯：治療新策略

適合“干細(xì)胞移植療法”的細(xì)胞要從哪里來(lái)呢？即使CCR5-Δ32突變率較高的高加索人種中，其純合概率也僅有1%，十分稀有。因此研究人員想到，能不能人工“創(chuàng)造”出這樣的“突變”，然后移植給患者呢？

當(dāng)然可以！這也正是鄧宏魁教授課題組采取的方案。在成體造血干細(xì)胞上敲除CCR5基因，結(jié)合已經(jīng)在臨床上成熟應(yīng)用的造血干細(xì)胞移植技術(shù)將編輯后的細(xì)胞移植給患者。造血干細(xì)胞在患者體內(nèi)增殖、分化，最終可以形成能夠抵御HIV病毒感染的免疫細(xì)胞。更重要的是，該策略編輯成體細(xì)胞，不會(huì)遺傳給后代，不存在倫理問題，是理想的治療策略！

CRISPR：基因編輯的“剪刀”

CRISPR是原核生物（比如細(xì)菌）基因組內(nèi)的一段重復(fù)序列，該類基因組中含有曾經(jīng)攻擊過該細(xì)菌的病毒的基因片段。它是怎么成為“剪刀”的呢？這還要從它的作用說(shuō)起。

病毒在攻擊目標(biāo)細(xì)胞時(shí)，會(huì)把自身DNA整合到宿主細(xì)胞中。面對(duì)此等“不速之客”，細(xì)菌會(huì)利用各種方法“清理門戶”，CRISPR/Cas9系統(tǒng)就是其中的一種。這是一種存在于細(xì)菌當(dāng)中的后天免疫機(jī)制，它能識(shí)認(rèn)出外來(lái)DNA并加以記錄。以后，如果有相同的病毒再次“來(lái)犯”，這種機(jī)制就能立刻將其識(shí)別，并摧毀其DNA，防止自身淪為“病毒工廠”。

自然環(huán)境中的CRISPR機(jī)制可以清除外來(lái)的DNA片段，是細(xì)菌保護(hù)自身的“利劍”；而在研究人員手中，它就成為了基因編輯的“剪刀”。2017年，鄧宏魁課題組建立了利用CRISPR/Cas9進(jìn)行人造血干細(xì)胞基因編輯的技術(shù)體系。利用這種比傳統(tǒng)的基因編輯組技術(shù)更易用、成本更低的技術(shù)，他們完成了人成體造血干細(xì)胞上CCR5基因的敲除。

除了精準(zhǔn)的“剪刀”之外，課題組還有“額外技能包”：通過縮短Cas9在細(xì)胞內(nèi)的持續(xù)時(shí)間、引入配對(duì)gRNA等策略，他們實(shí)現(xiàn)了極低的脫靶效率，做到了高效的基因編輯；而通過非病毒轉(zhuǎn)染的方式將Cas9-gRNA核糖核蛋白復(fù)合體遞送進(jìn)細(xì)胞，還規(guī)避了外源DNA的引入，使得治療結(jié)果更加放心可靠。

臨床治療的曙光

2017年，鄧宏魁課題組優(yōu)化此技術(shù)體系，致力于該技術(shù)的臨床應(yīng)用。通過原解放軍第307醫(yī)院倫理委員會(huì)審批后，該研究組在ClinicalTrials.gov網(wǎng)站上進(jìn)行了臨床研究注冊(cè)(NCT03164135)。

2017至2019年9月，研究組展開臨床實(shí)驗(yàn)，采集白血病合并艾滋病患者動(dòng)員后的外周血，從中獲得CD34陽(yáng)性的造血干細(xì)胞并對(duì)其進(jìn)行基因編輯，然后與陰性細(xì)胞共同回輸?shù)交颊唧w內(nèi)。移植前結(jié)果表明：CD34+細(xì)胞上的CCR5基因敲除效率達(dá)到了17.8%。移植后，患者的白血病得到緩解！

隨后為期19個(gè)月的臨床觀察發(fā)現(xiàn)：對(duì)該患者短暫停止服用抗HIV病毒藥物，CD4細(xì)胞中的CCR5基因編輯效率有明顯上升，證明了CCR5基因編輯的T細(xì)胞表現(xiàn)出一定程度抵御HIV感染的能力。重要的是，基因編輯效果在血液細(xì)胞中始終穩(wěn)定存在，未發(fā)現(xiàn)基因編輯造成的脫靶及其他副作用！

這項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)多年的工作已經(jīng)初步證明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，勢(shì)必將促進(jìn)和推動(dòng)該技術(shù)的臨床應(yīng)用。

除了艾滋病和白血病，其他血液系統(tǒng)相關(guān)疾病，如β地中海貧血等，均有希望利用以CRISPR為代表的基因編輯技術(shù)看到臨床治療的曙光！

關(guān)于該項(xiàng)研究的未來(lái)，鄧宏魁教授表示，要通過各種方法優(yōu)化基因編輯造血干細(xì)胞移植方案，以降低脫靶率，實(shí)現(xiàn)100%的敲除效率。

期待鄧宏魁課題組進(jìn)一步的研究成果，更期待中國(guó)科學(xué)家們?cè)絹?lái)越多的國(guó)際聲音！

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