Nature子刊：艾滋病治疗迎来里程碑！CRISPR联合长效抗病毒疗法首次完全消除动物体内的HIV病毒DNA丨医麦猛爆料

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2019年7月3日/医麦客 eMedClub/--美国坦普尔大学刘易斯·卡茨医学院和内布拉斯加大学医学中心(UNMC)的研究人员有史以来第一次从活体动物基因组中消除了具有复制能力的HIV-1 DNA(负责艾滋病的病毒)。

研究人员先后使用新型抗逆转录病毒疗法(ART)和CRISPR-Cas9基因编辑方法，使得HIV感染的小鼠能够在免于使用ART的同时不会再次感染。

这项研究于7月2日发表在Nature Communications上，标志着在开发人类HIV感染潜在治愈方法的路上，迈出了关键的一步。

无法治愈的噩梦

艾滋病毒(HIV)感染是一种全球性流行病，影响了近3700万人。大约三分之一的新感染发生在15-24岁的人群中。仅在美国，每年就有大约3.8万例新感染。

HIV把人体免疫系统中最重要的CD4 T淋巴细胞作为主要攻击目标，使人体丧失免疫功能。HIV感染者要经过数年、甚至长达10年或更长的潜伏期后才会发展成艾滋病(AIDS)病人，因机体抵抗力极度下降会出现多种感染，后期常常发生恶性肿瘤，并发生长期消耗，以至全身衰竭而死亡。

毫无疑问，强力的抗HIV药物可以很好地控制病毒。如果使用得当，这些抗逆转录病毒疗法(ART)可以抑制HIV病毒，使其保持在血液中检测不到的低水平，从而大大降低了在性活动或输血期间传播病毒的机会。但是ART疗法只能做这么多，它不能将病毒从体内消除。这意味着，ART疗法不能治愈艾滋病毒，需要终生使用。

它们对那些主动复制自身并感染健康细胞的病毒效果最好。HIV病毒已经进化到能够“学习”这一点，并对某些药物产生耐药性，因此一旦药物攻击停止，HIV病毒就会反弹(rebound)，再次肆无忌惮地复制，并导致艾滋病的发展。这种反弹直接归因于病毒将其DNA序列整合到免疫系统细胞基因组中的能力，由于病毒在免疫系统中处于潜伏状态，ART药物无法触及。

所有这些都意味着，一旦被感染，这些病毒就会像一枚没有盖上盖子的手榴弹一样留在体内，在HIV感染第一个细胞后的数年甚至数十年里，等待着的是数以百万计的传染性病毒淹没免疫系统。

新希望：CRISPR联合长效ART疗法

在之前的工作中，Khalili博士的团队使用CRISPR-Cas9技术开发了一种新的基因编辑和基因治疗递送系统，旨在根除HIV病毒的DNA。在大鼠和小鼠中，他们发现基因编辑系统可以有效地从感染细胞中去除大量的HIV DNA片段，显著影响病毒基因的表达。然而，与ART类似，基因编辑本身不能完全消除HIV病毒。

▲ kamel-khalili博士及其团队（图片来源：坦普尔大学刘易斯·卡茨医学院）

最近，Howard Gendelman博士和UNMC药理学助理教授Benson Edagwa博士共同开发了一种名为长效缓释(LASER)技术的治疗策略：LASER ART以病毒避难所为目标，可以在较长时间内维持低水平的HIV病毒复制，从而降低ART的使用频率。

这种经过修饰的药物被包装成纳米晶体，这使得它们能够进入HIV病毒容易潜伏的地方，如肝脏、淋巴组织和脾脏，穿透细胞膜。一旦进入，细胞的酶开始释放药物。这种晶体结构释放药物的速度更慢，使它们能够在休眠病毒开始出现并复制时继续杀死它们，持续数月，而不是像传统药物那样持续几天或几周。

如果LASER ART能够抑制HIV病毒复制足够长的时间，那么在这期间，使用CRISPR-Cas9就有可能完全清除体内残存的病毒DNA。

首次实现动物体内完全消除HIV DNA

为了验证这种想法的可行性，Khalili博士等人使用经过工程改造的小鼠来产生对HIV感染敏感的人类T细胞，允许长期病毒感染和ART诱导的潜伏期。一旦感染建立，用LASER ART处理小鼠，随后用CRISPR-Cas9处理。在治疗期结束时，检查小鼠的病毒载量。分析显示，大约三分之一的HIV感染小鼠完全消除了HIV DNA！

▲ 实验时间表（图片来源：Nature Communications）

他们还证实：单独使用CRISPR是不够的，因为在HIV病毒大量复制的情况下，CRISPR不可能全部编辑它们。事实上，无论是单独用CRISPR治疗，还是单独用LASER ART治疗，在5到8周的研究期间，两组小鼠的HIV水平最终都有反弹。然而，当两种方法结合时，在实验中有效地消除了小鼠体内的HIV病毒。

▲ 消除HIV-1的工作机制（图片来源：Nature Communications）

此外，研究人员还从接受LASER ART和CRISPR治疗的小鼠身上提取了免疫细胞，并将它们转移到健康的小鼠身上，观察它们是否从任何可能残留的病毒中感染了HIV病毒。结果没有发现。

Khalili博士说：“多年来，我们一直将HIV病毒视为一种传染病。但是，一旦病毒进入细胞，它就不再是一种传染病，而是一种遗传疾病，因为病毒基因组被整合到宿主基因组中。为了治愈这种疾病，我们需要一种基因策略。基因编辑使我们有机会在不损害宿主基因组的情况下从宿主染色体中消除病毒DNA。”

Gendelman博士说:“如果没有病毒学家、免疫学家、分子生物学家、药理学家和药学专家的共同努力，这项成就是不可能实现的。只有把我们的资源集中起来，我们才能做出这一突破性的发现。”

鼓舞人心的成果有望转化到临床

据了解，美国生物技术公司Excision BioTherapeutics拥有这些先进技术的独家商业应用许可，它致力于先进基因编辑疗法的开发和商业化，用于治疗由病毒引起的威胁生命的疾病。

通讯作者之一的Kamel Khalili博士是该公司的创始人兼首席科学顾问，他表示“下一步是将这项技术从实验室推广到临床，并将这项改变生活的技术商业化。”

这意味着，该公司将推进其针对HIV-1的CRISPR平台进入临床试验，首次尝试完全从所有人类细胞和组织中移除/切除HIV-1基因组。

“我们为这组科学家取得的医学突破感到无比自豪。作为这些创新背后的技术和专利的独家授权持有者，Excision正与团队紧密合作，将这些进步带给人类临床试验和世界各地需要帮助的患者，”Excision BioTherapeutics首席执行官Daniel Dornbusch表示。

这项工作的主要信息是，它需要同时使用CRISPR-Cas9和抑制病毒的方法(例如LASER ART)，才能产生治疗HIV病毒感染的方法。Khalili博士表示，“我们现在有了一条清晰的道路，可以在一年内开展非人灵长类动物的测试，也可能在人类患者身上进行临床试验。”

参考出处：

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10366-y

https://time.com/5618644/hiv-gene-editing-cure/

https://medicine.temple.edu/news/hiv-eliminated-genomes-living-animals

https://www.globenewswire.com/news-release/2019/07/02/1877432/0/en/HIV-Eliminated-from-the-Genomes-of-Living-Animals-Excision-BioTherapeutics-Advancing-the-Innovation-to-Clinical-Development.html

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