Nature medicine： CRISPR基因编辑技术助力血液系统疾病治疗

《自然医学》（Nature Medicine）杂志上8月15日在线发表了由圣犹他儿童研究医院的研究人员的新发现。通过从患者体内分离血细胞，体外利用CRISPR/Cas9基因编辑技术治疗镰状细胞病（SCD）和β地中海贫血。这项研究不仅为血液病的治疗提供了新的思路和方法，也进一步明确了基因治疗疾病的前景。

镰状细胞病（SCD）和β地中海贫血症是由于编码-珠蛋白的血红蛋白基因（HBB）的突变造成的基因疾病，基因的突变会导致患者不能正常产生在血液携带氧的血红蛋白，临床变现为严重贫血、脾脏异常增大及腹痛和骨关节痛等症状。

据WHO报告，大约有1亿以上的人携带该疾病的突变基因，这种疾病在全世界范围都普遍存在。我国南方多省，尤其在广东、广西、福建、云南、贵州、四川等省最为常见，发病率高达2%左右。

目前针对这类疾病的治疗主要采用定期输血和干细胞移植法。然而前者常常会导致患者中毒，并且随着年龄的增加愈发严重。唯一能根治的方法就是干细胞移植法，却面临着寻找供体难和费用高昂的难题。基因编辑的出现逐渐为它打开了一扇新的窗户。

胎儿血红蛋白（Fetalglobin）与成人血红蛋白（Adult globin）是红细胞中载氧分子血红蛋白（hemoglobin）的两种不同分子形式。每分子的胎儿血红蛋白包含2分子α亚基和2分子γ亚基，每分子成人血红蛋白包含2分子的α亚基和2分子β亚基。

镰状细胞病和β地中海贫血正是由于编码血红蛋白β亚基的基因突变所导致的。血红蛋白β亚基的突变会影响红细胞的存活，抑制对组织的氧输送，导致不同器官功能受损，给患者造成破坏性后果。

而胎儿血红蛋白没有β亚基，而具有一个γ亚基。因此，破坏β亚基生成或功能的β地中海贫血或镰状细胞病相关致病突变，并不会影响胎儿血红蛋白的功能，其仍可继续发挥功能，在成人体内有效地输送氧气。

但胎儿血红蛋具有比成人血红蛋白更强的氧分子结合能力，并主要存在于胚胎时期，在出生后逐渐下降。因此，镰状细胞病和β地中海贫血会在出生后因为胎儿血红蛋白水平的下降而开始表现出更加明显的病症。

成人血红蛋白分子结构

作为研究的主要作者之一的圣犹他儿童研究医院血液学系教授Weiss博士表示，他们的这项研究主要受遗传性持续性胎儿血红蛋白增多症(Hereditarypersistence of fetal hemoglobin,HPFH)已知益处的启示。

因为先前的研究已经发现携带一些持续提高胎儿血红蛋白遗传突变的个体能够更好地抵抗镰状细胞病和β地中海贫血，促进胎儿血红蛋白的产生或抑制血红蛋白亚基“γ-β”转换都可提高成人体内胎儿血红蛋白水平，能显著减轻β地中海贫血或镰状细胞病的症状。因此他们考虑利用CRISPR基因编辑来产生相似的获益。

在发表的这项研究中，Weiss博士和他的同事们通过CRISPR基因编辑技术，对分离自患者的人血祖细胞（Human bloodprogenitors）中编码胎儿血红蛋白的HBG1和HBG2基因启动子位置一个13nt长度的序列进行突变。

经基因编辑过的祖细胞产生了新的红细胞，它们过表达胎儿血红蛋白，具有运输氧气的完整功能，足够抑制镰状细胞病中由于缺氧导致的红细胞病变。这一研究为基因组编辑介导的治疗提供了一个潜在的DNA靶点，并为一种可能的镰状细胞病和β地中海贫血治疗方法提供了理论证明。

同时Weiss博士还表示，他们还能够采用CRISPR来剪断特定的靶DNA，除去刺激γ-β转换的一个DNA“控制片段”中的一小段，将末端重新连接在一起，持续地提高成人红细胞中的胎儿血红蛋白水平。

从镰状细胞病患者中分离血祖细胞进行基因编辑(来自nature medicine)

面对血液疾病治疗手段匮乏，费用昂贵的现状，越来越多科学家们开始采用了基因编辑方法编辑造血干细胞，来治疗包括血友病、镰状细胞病、β地中海贫血等血液疾病。

2016年3月10日，国际知名学术期刊《EMBO molecular Medicine》杂志在线发表了由华东师范大学、海南医学院附属医院、上海市奉贤区中心医院以及邦耀实验室合作完成的利用CRISPR/Cas9基因编辑技术定点修复成年B型血友病小鼠模型中F9基因突变，缓解凝血功能障碍的研究。

这一研究在国际上率先证明了通过Cas9基因编辑技术原位修复F9基因突变治疗B型血友病的可行性，也为基因编辑技术应用于单基因遗传病的治疗提供了有力的实验支持。

其中在去年底基因治疗先驱——蓝鸟生物（Bluebird） 的BB305将表达正确的β球蛋白基因的造血干细胞送入人体，来治疗重度β地中海型贫血症。这也是继罗氏公司的PD-L1药物MPDL3280A之后FDA今年授予的第二个突破性药物认证，目前处于临床I期试验阶段。

利用基因编辑技术进行疾病的治疗目前逐渐成为极其热门和有前景的研究领域，已不仅仅在血液病上。针对各类难治愈的基因突变导致的疾病，如眼盲症、杜氏肌肉萎缩症、肝病及先天性代谢疾病等，基因编辑巨头公司如Editas Medicine，Intellia Therapeutics和CRISPR Therapeutics也投入了大量精力。

以张锋为首的Editas宣布拟在2017年进行雷伯氏先天性黑内障LCA10项目临床试验，这也将是CRISPR/Cas9的首次人体临床试验。就在一个月前，中国四川大学华西医院宣布获得医院伦理委员会批准，最快于下个月可以利用CRISPR-Cas9基因编辑技术治疗肺癌患者。这样一来，此次试验很有可能成为全球首例CRISPR基因编辑人体试验。

参考文献：

Elizabeth A Traxler, Yu Yao,Yong-Dong Wang,Kaitly J Woodard, RyoKurita,Yukio Nakamura, Jim R Hughes,Ross CHardison,Gerd A Blobel, ChunliangLi & Mitchell J Weiss. A genome-editingstrategy to treat β-hemoglobinopathies that recapitulates a mutation associatedwith a benign genetic condition. Nature Medicine, 2016. Published online 15 August 2016.

Guan Y, Ma Y, Li Q, et al.CRISPR/Cas9‐mediated somatic correctionof a novel coagulator factor IX gene mutation ameliorates hemophilia inmouse[J]. EMBO molecular medicine, 2016, 8(5): 477-488.