近期，來(lái)自Broad Institute的David Liu博士實(shí)驗(yàn)室和St. Jude Children’s Research Hospital的Jonathan Yen博士實(shí)驗(yàn)室的新研究表明，Prime Editing不僅可以修復(fù)患者的造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞中的鐮狀細(xì)胞貧血（SCD）突變，而且這些Prime Edit細(xì)胞還可以移植并幫助治療小鼠的遺傳性血液疾病。這些發(fā)現(xiàn)是首次建立治療性HSPCs Prime Editing，意味著Prime Editing和移植患者的HSPCs可能代表了一次性自體治療SCD和其他血液疾病的有前途的治療策略。

“這些結(jié)果顯示出了對(duì)造血干細(xì)胞的高效Prime Editing，而且Prime Edit細(xì)胞仍保持了它們?cè)趧?dòng)物體內(nèi)移植和再生骨髓的全部能力，”高級(jí)和共同通訊作者Liu說(shuō)道，他的實(shí)驗(yàn)室于2019年發(fā)明了Prime Editing?！皩rime Editing的“查找和替換”多功能性引入到造血干細(xì)胞中，就提高了將這種技術(shù)應(yīng)用于治療涉及血液細(xì)胞的廣泛疾病的可能性?！?/p>

這項(xiàng)研究名為“外體Prime Editing患者造血干細(xì)胞在小鼠移植后挽救了鐮狀細(xì)胞病表型”，已發(fā)表在《Nature Biomedical Engineering》上。

雖然HSPCs的同種異體移植是SCD唯一獲FDA批準(zhǔn)的治療方法，但大多數(shù)患者缺乏合適的供體，并且該程序與嚴(yán)重的副作用如移植物抗宿主病和移植物排斥等有關(guān)。使用患者自身的HSPCs可以避免免疫并發(fā)癥和需要組織兼容的供體的需要。

目前有幾種治療自體Sickle細(xì)胞貧血干細(xì)胞（HSPCs）的策略正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)中，目前尚不清楚哪種策略對(duì)患者最安全有效。BlueBird Bio的方法基于慢病毒表達(dá)β-類(lèi)珠蛋白，可以減少SCD突變（HbS），其他方法包括使用基因組編輯核酸酶或堿基編輯酶激活γ-珠蛋白基因轉(zhuǎn)錄以誘導(dǎo)胎兒血紅蛋白（HbF）。采用這種方法，Vertex和CRISPR Therapeutics在4月初向FDA提交了首個(gè)CRISPR治療Sickle細(xì)胞貧血的申請(qǐng)，預(yù)計(jì)在8至12個(gè)月內(nèi)做出監(jiān)管決定。

理想的Sickle細(xì)胞貧血治療方法應(yīng)該是永久恢復(fù)SCD等位基因?yàn)橐吧?，同時(shí)產(chǎn)生極少的有害基因組改變或細(xì)胞狀態(tài)改變。由于Prime編輯將目標(biāo)DNA片段替換為指定的新序列，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)百個(gè)堿基對(duì)，因此它可以直接在活體細(xì)胞和動(dòng)物的基因組中安裝定向插入、刪除和任何堿基對(duì)替換，而無(wú)需雙鏈斷裂（DSBs）。

Prime編輯策略的另一個(gè)特點(diǎn)是不需要DNA輸送、病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)或藥物篩選來(lái)富集編輯細(xì)胞。HDR和基因治療需要DNA輸送，但也可能導(dǎo)致毒性增加、著床頻率降低或插入性突變?？紤]到Graphite Bio關(guān)于CEDAR試驗(yàn)的消息，這一點(diǎn)非常重要——一項(xiàng)使用Cas9核酸酶引發(fā)同源重組修復(fù)（HDR）和腺相關(guān)病毒類(lèi)型6（AAV6）傳遞的DNA模板來(lái)糾正SCD突變的臨床試驗(yàn)因一位患者出現(xiàn)輸血依賴(lài)性全血細(xì)胞減少而被停止。

經(jīng)注射后，為了最小化體外多潛能細(xì)胞的損失，在解凍后編輯的細(xì)胞有效地移植到動(dòng)物體內(nèi)，17周后移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)的prime-edited SCD HSPCs維持著與健康供體未編輯的HSPCs相似的HBBA水平、移植效率、造血分化和譜系成熟。 觀察到的HbS減少，野生型（HbA）的增加和減少變形傾向性暗示著已超過(guò)SCD患者治療獲益所需的預(yù)測(cè)水平?！拔覀?cè)陂L(zhǎng)期血干細(xì)胞中優(yōu)化了prime editing，并表明在具有臨床相關(guān)系統(tǒng)的動(dòng)物中，prime editing細(xì)胞保持了完整的移植效率，”共同通訊作者Yen說(shuō)道。

這項(xiàng)研究也為治療許多血液病打開(kāi)了大門(mén)。“我們已經(jīng)確定了可能是遺傳性貧血下一波療法的方向，”共同作者M(jìn)itchell Weiss博士表示，“我們采用了最新的基因工程技術(shù)，并表明我們可以進(jìn)行有意義的基因編輯來(lái)進(jìn)行未來(lái)的治療?！?雖然prime editing具有治愈更多遺傳性疾病的潛力，但需要進(jìn)行廣泛的制造開(kāi)發(fā)、工藝優(yōu)化和安全評(píng)估才能使其進(jìn)入臨床應(yīng)用。但是，這已經(jīng)證明了概念的可行性。

參考資料：

[1]Kelcee A. Everette et al. Ex vivo prime editing of patient haematopoietic stem cells rescues sickle-cell disease phenotypes after engraftment in mice. Nature Biomedical Engineering（2023）

[2]https://www.broadinstitute.org/news/prime-editing-shows-proof-concept-treating-sickle-cell-disease

編輯：周敏

排版：李麗