基因编辑疗法有望治愈β-地中海贫血症 -- 邦耀科学家团队新年为地贫患者带来治愈的希望

前 言 

2020年1月8日，邦耀生物首席科学家刘明耀教授和李大力教授带领团队与华东师范大学、广西医科大学、海南医学院和湘雅医学院通力合作，在国际著名学术期刊《Cell Research》共同发表题为“Reactivation of γ-globin Expression through Cas9 or Base Editor to Treat β-Hemoglobinopathies”的研究成果[1]。通过在造血干细胞中建立超高效的基因编辑技术体系，模拟在部分人群中天然存在的γ珠蛋白启动子突变，可以重新激活胎儿血红蛋白HbF，为β珠蛋白突变引发的系列遗传疾病，包括β-地中海贫血和镰刀型细胞贫血症的治疗，提供了安全有效的靶点和方法。此项研究是邦耀科学家团队联合国内多家顶级医院血液科携手完成，最终目的是实现基因编辑技术的临床转化，为我国β-地贫患者带来彻底治愈的疗法。

中国是地贫大国，且治疗方式有限据《中国地中海贫血防治蓝皮书（2015)》的数据显示，目前我国“地贫”基因携带者约3000万人，其中重型和中间型地贫患者约30万人且正以每年约10％的速度递增，在我国长江以南地区，尤以广西，广东和海南三省为甚[1]。目前，针对β-地中海贫血的疗法主要有以下几种，一是输血替代治疗，患者往往需要终身输血和去铁治疗，由于花费非常大且血源有限，我国患者极少能接受规范化治疗；二是造血干细胞移植治疗，这也是目前唯一可以根治β-地中海贫血的方法，但费用花费巨大，且配型极其困难[2]。如果可以将自体造血干细胞经基因校正后回输到患者体内，则可以解决造血干细胞来源不足及配型困难的问题。利用基因编辑技术引入HPFH良性突变，是一种新的治疗策略临床研究发现，在遗传性高胎儿血红蛋白症（Hereditary persistence of fetal hemoglobin， HPFH）人群中的11号染色体上存在一些突变[3]，导致他们即使在成年期，血液中依然存在高含量（1%-30%）的胎儿血红蛋白HbF（正常成年人在1%以下）。除此之外，他们和正常人没有差别。当一个β-地贫病人的基因中复合HPFH的突变时，他的贫血程度一般都会比同种病人更轻，因为胎儿血红蛋白能够在功能上补偿患者缺失的成人血红蛋白。所以，利用基因编辑技术引入HPFH这种良性突变，重新激活γ珠蛋白基因（HBG）使患者重新生成胎儿血红蛋白，已经成为一种新的基因治疗地贫的策略。本研究团队采用基因编辑技术模拟HBG启动子区13bp缺失和-114C>T这2种HPFH中存在的天然突变，破坏BCL11A结合域，从而解除其对HBG表达的抑制，恢复胎儿血红蛋白水平，以达到治疗效果[4]。

研究中利用电穿孔的方式将Cas9/sgRNA或A3A-BE3/sgRNA复合物以RNP形式递送到细胞内，可以有效避免Cas9蛋白持续表达可能引起的安全问题。通过不断调整Cas9蛋白的用量，在来源于β-地中海贫血病人的CD34+造血干细胞内实现了HBG启动子区的高效基因编辑，平均编辑效率可达85%以上。同时还首次尝试了利用单碱基编辑工具hA3A-Cas9n对BCL11A位点进行编辑。具体策略如下：

01

利用Cas9介导的基因编辑技术模拟HBG启动子缺失的HPFH

CRISPR-Cas9介导的基因编辑在HBG启动子区产生了13bp的缺失，经过体外分化发现，无论是来源于健康志愿者的CD34+造血干细胞还是来源于β-地中海贫血病人的CD34+造血干细胞，胎儿血红蛋白的含量均显著提高，且均超过了在临床上显示的有益于镰刀型细胞贫血症的水平。同时流式分析与显微镜检查发现，经过编辑的来源于β-地中海贫血病人的CD34+造血干细胞分化后更加饱满圆润接近正常红细胞。同时，研究人员还对编辑后的细胞进行了脱靶分析，结果显示在这些潜在的脱靶位点并没有产生基因缺失和插入，证实了该编辑策略的安全性。

02

利用单碱基编辑技术突变HBG启动子位点破坏BCL11A结合

此外，该团队的研究人员首次将单碱基编辑器直接作用于HBG启动子区，使-114和-115位点的C突变为T，重新激活胎儿血红蛋白的表达。虽然基因编辑效率只达到12-18%，但令人惊奇的是，对比体外分化来源于正常志愿者和β-地中海贫血病人的CD34+造血干细胞发现，经编辑的胎儿血红蛋白表达水平与未编辑的相比仍然有较大的提高，为β-地中海贫血的治疗提供了新的解决方案。据统计，在我国β-地中海贫血的患病率是2.21%，β-地中海贫血的类型达48种。基因编辑技术介导的基因治疗是精准医学领域的一大突破，利用基因编辑技术重新激活胎儿血红蛋白的表达，也为β-地中海贫血的个性化治疗提供了可能性。除了靶向HBG启动子区域，邦耀生物还加强了在地贫其他位点的研发管线拓展。2019年3月25日，国际著名学术期刊《Nature Medicine》在线发表了邦耀科学家吴宇轩研究员在基因治疗方向的研究成果，题为“Highly efficient therapeutic gene editing of human hematopoietic stem cells”。该研究通过基因编辑技术编辑β-地中海贫血患者的造血干细胞中的BCL11A增强子位点，并进行自体造血干细胞移植，编辑后的造血干细胞可以分化为含有高水平HbF的红细胞，有望彻底根治由β-globin珠蛋白突变引发的系列遗传疾病。

目前邦耀生物团队正积极进行科技成果转化，与国内多家顶级医疗单位携手，希望借此项研究及其临床实验的推广，使得基于基因编辑的基因治疗成为我国β-地中海贫血患者全新的临床治疗方案，并有望实现“一次治疗终身治愈”的疗效。

与在基因治疗方面处于领先地位的BlueBird Bio公司的慢病毒疗法LentiGlobin (商品名：Zynteglo，Zynteglo是一种基于慢病毒载体的体外基因疗法，且定价高达177万美元，名副其实的成为了全球第二昂贵的药物)相比，邦耀生物采用的将Cas9蛋白和sgRNA通过电转染导入患者自体造血干细胞的治疗方案，更为高效、便捷和安全，且成本极大降低。

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参考文献

1. 中国地中海贫血蓝皮书-中国地中海贫血防治状况调查报告（2015），北京天使妈妈慈善基金会，中国思源工程扶贫基金会，北京师范大学中国公益研究院编著

2. 《地中海贫血预防控制操作指南》，主编：徐湘民,人民军医出版社, 2011.3, ISBN 978-7-5091-4642-2

3. Wienert B, Martyn GE, Funnell APW, Quinlan KGR, Crossley M: Wake-up Sleepy Gene: Reactivating Fetal Globin for beta-Hemoglobinopathies. Trends Genet 2018, 34(12):927-940.

4. Wang L, Li L, Ma Y, Hu H, et al. Reactivation of γ-globin Expression through Cas9 or Base Editor to Treat β-Hemoglobinopathies. Cell Research, 2020,1

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