中國科學家首次嘗試用基因編輯技術治療艾滋病

經基因工程修飾的細胞在中國的一名艾滋病病毒陽性男性患者體內持續存活了19個月,但數量不足以達到降低病毒載量的效果。研究人員首次嘗試使用CRISPR基因編輯技術治療艾滋病病毒(HIV)感染患者。

中國科學家首次嘗試用基因編輯技術治療艾滋病

  艾滋病病毒通過攻擊免疫細胞破壞機體抵抗力。圖片來源:Steve Gschmeissner/Science Photo Library

中國科學家對人類干細胞進行基因編輯,使其天然能夠抵禦HIV並將其移植到一名罹患血液系統腫瘤的HIV感染者身上。經基因編輯的細胞在患者體內持續存活了一年多且未引起明顯副作用,但細胞數量較少,不足以降低血液中HIV的病毒載量。

「這是在使用基因編輯技術治療人類疾病道路上邁出的重要一步,」加州大學伯克利分校的生物學家Fyodor Urnov說,「因為這項研究,我們知道了這些經編輯的細胞可以在患者體記憶體活,而且是長時間存活。」

該研究[1]於9月11日發表在《新英格蘭醫學雜志》上。論文主要作者、北京大學生物學家鄧宏魁教授表示,這項研究的靈感來自於十多年前一則骨髓移植似乎治癒了HIV感染的病例報道。

突變帶來的希望

2007年,Timothy Ray Brown,最初被稱為「柏林病人」,因為白血病接受了骨髓移植。但骨髓供體非常特殊,他攜帶了特別版本的CCR5基因,對HIV具有免疫力。

通常情況下,CCR5基因編碼的是白細胞上的一種受體,HIV病毒主要通過該受體進入細胞。如果個體攜帶兩個CCR5突變拷貝,這種受體會發生彎曲並阻止某些HIV病毒株進入細胞。但這種抗HIV基因特別罕見:僅在1%的歐洲血統人口中有發現,在其他種族群體中幾乎不存在。

醫生們希望通過骨髓移植,用對HIV有抵抗力的免疫細胞取代Brown原有的免疫細胞——他們也確實成功了。已經快過去13年了,Brown的血液中未再檢測到HIV病毒存在的跡象,白血病則處於持續緩解期。今年3月,研究人員報道第二名患者在英國接受了類似的手術,並被治癒[2](點擊查看該報道:干細胞療法再度成功清除HIV病毒,但說「被治癒」為時尚早)。

鄧教授希望通過CRISPR基因編輯技術對來自正常供體的血液干細胞進行基因編輯,使其具備HIV抵抗性,進而讓這種潛在的治癒方法更具可推廣性。他和他的同事們在一名27歲的中國男性身上對這種方法進行了測試,該男子攜帶HIV且罹患白血病,需進行骨髓移植手術。他們從供體內提取骨髓干細胞,並利用CRISPR-Cas9技術將其轉化為CCR5突變體。

起初,研究人員無法通過CRISPR敲除干細胞中的CCR5。「我當時想,哇,這些細胞還真頑固。」鄧教授說。最終,研究團隊成功對17.8%的供體干細胞進行了基因編輯。

安全第一

為最大限度地提高骨髓移植治療患者白血病的概率,研究人員將經基因編輯的干細胞與原始干細胞進行了混合。研究團隊在移植後對該患者進行了持續監測,以了解經基因編輯的細胞能否存活和復制,是否能治癒HIV感染,以及最重要的——治療是否安全。

「這是第一次試驗,因此我們最關注的是治療是否安全。」鄧教授說。

在人體內使用CRISPR基因編輯技術仍然存在爭議,部分反對的聲音主要是擔心其可能產生副作用。有研究表明,在實驗室中CRISPR有時可能會造成預料外的基因突變[3]——如果在人體內發生,其後果可能是災難性的。

骨髓移植術後19個月,患者體內仍能檢測到經CRISPR編輯的干細胞,盡管它們僅占患者總干細胞的5-8%。換句話說,略超過一半的基因編輯干細胞在移植後死亡了。此外,盡管該男子的白血病持續緩解,但他體內仍可檢測HIV。

「5%不足以降低病毒載量,對於這一結果我毫不意外,」Urnov說,「但至少我們知道經CRISPR編輯的細胞可以持續存在,以及5%這個數字還不夠。」

而鄧教授最在意的還是經基因編輯的細胞並未對這名男子造成任何不良影響。不僅如此,研究人員對這些細胞進行基因組測序時,也未發現任何預料之外的基因突變證據。

更進一步

「這項發現對整個領域來說確實是個好消息,」美國賓夕法尼亞大學的免疫學家Carl June說,「我們現在知道,我們原則上可以使用CRISPR技術編輯人類干細胞,編輯後的細胞可以在患者體內持續存活且不會造成不良影響。」

June表示,鄧教授的研究為探索使用CRISPR基因編輯技術治療其他血液疾病,如鐮狀細胞貧血,打開了新的大門。他着重強調此次研究遵循了嚴格的倫理規范,包括取得了受試對象的知情同意。

基因編輯技術的進步意味着,研究人員現在可以以高於17.8%的成功率對干細胞進行編輯;但這也伴隨着風險,因為CRISPR每次切割基因組時都有可能發生錯誤。基因編輯效率提高意味着切割次數增加,那麼發生錯誤的幾率也便更大。

「這項研究並未取得全面勝利,但它會推動領域向前發展。」Urnov說。如果研究中發現這種操作不安全,那麼監管機構可能會禁止未來開展類似的研究。但現在,研究人員可以用這項研究作為依據,證明這類研究不僅是安全的,甚至還可能帶來豐碩的成果。

「我今晚要多吃一勺冰淇淋慶祝一下,因為我知道使用基因編輯技術治療人類疾病,仍在正確的道路上不斷向前推進。」Urnov說。

來源:cnBeta