有望治愈镰状细胞病和地中海贫血？这项“诺奖”技术或将破局！

Original 遣之老萝医学界血液频道 2021-12-24

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地中海贫血与镰状细胞病，疗效仍待破局

地中海贫血（以下简称为“地贫”）因机体α 链或β 链合成数量减少/缺失，致使另一条珠蛋白链含量相对过剩并沉积于红细胞膜，进而引发溶血，病情严重时可导致胎儿流产和患儿死亡。地贫可根据减少/缺失的珠蛋白链的不同分为 α-地中海贫血（α-地贫，α 链合成减少/缺失）、β-地中海贫血（β-地贫，β 链合成减少/缺失）等。

在我国广西壮族自治区 α-地贫发病率高达14.95%；在广州，β-地贫发病率高达2.21%。目前临床上地贫主要治疗包括长期规范输血、成分输血等对症支持治疗。但这些短效对症疗法无法从根本上改善遗传性血液病的预后与结局，而且长期反复输血会导致铁沉积，甚至引发感染和过敏反应，导致死亡。尽管少数患者通过异体骨髓或造血干细胞移植获得了长效/永久的治疗效果，但由于目前仍存在供体缺乏、免疫排斥及费用昂贵等问题，目前这一治疗手段尚无法普及。

镰状细胞病（SCD）患者体内存在血红蛋白S（Hb S），该突变发生在β-球蛋白基因的第六个密码子，腺嘌呤被胸腺嘧啶取代，从而在β-球蛋白链中编码缬氨酸代替谷氨酸。SCD是最常见的血红蛋白病，同时也是人类最常见的遗传性血液病，亟待通过多学科的方法来进行诊疗管理。

目前，SCD主要治疗手段包括以羟基脲为基础的综合治疗，感染预防、红细胞输注、铁螯合剂及造血干细胞移植治疗。然而，这些方法尚存在应用局限。铁螯合剂治疗曾面临着不确定的副作用即“黑匣子警告”。

作为血液科常见的两种红细胞疾病，地贫与SCD目前仍亟待疗效更好、可及性更强的治疗手段来改善患者预后，提升患者生活质量。治疗SCD与β-地贫的重要治疗方法之一包括扭转从胎儿血红蛋白（α₂γ₂）到成人血红蛋白（α₂β₂）的切换发展，而BCL11A是抑制红细胞γ珠蛋白表达和胎儿血红蛋白表达的转录因子。如何从发病机制着手，对这一途径进行有效干预，是近年来临床医生和科研人员探索研究的热点方向。

值得关注的是，随着现代基因编辑技术的进步，基因治疗成为最具前景的治疗方案，尤其是“基因魔剪”——CRISPR相关性核酸内切酶9（CRISPR/Cas9）技术的出现，或可成为根治遗传性血液病的终极治疗手段。

“基因魔剪”——CRISPR/Cas9技术

2020年，基因编辑领域的两位研究者Emmanuelle Charpentier及Jennifer A. Doudna凭借革命性的CRISPR/Cas9基因编辑技术荣获诺贝尔化学奖。

图：Emmanuelle Charpentier 及 Jennifer A. Doudna

CRISPR/Cas9作为CRISPR/Cas系统中最为常用、最易改造的抵御外源性遗传物质入侵的获得性免疫系统II型。它由Cas9与人工设计的单引导RNA（sgRNA）组成，sgRNA因靶向基因的不同被设计成不同的序列，引导复合体特异性来识别靶序列，并交由Cas9蛋白发挥核酸内切酶功能将DNA切割成双链断裂（DSB）。

基因组中DSB出现后可激发细胞修复，主要修复方式包括非同源末端连接（NHEJ）和同源重组介导的修复（HDR），前者可通过随机插入或删除小片段来完成，因此可以通过基因序列的错误变化而达到基因敲除目的；后者则通过模板DNA序列对断裂处完成精准修复，筛选得到外源DNA，从而导入对象、实现基因敲入。

图：CRISPR/Cas9 系统工作原理示意图

CRISPR/Cas9技术在输血依赖型β-地贫及SCD治疗中获可观疗效

2020年1月21日，一项发表于《新英格兰医学杂志》（NEJM）的研究指出，对输血依赖型β-地贫（TDT）与SCD进行CRISPR/Cas9基因编辑的初步结果支持进一步的实验测试。

研究人员先对健康供体获得的CD34造血干祖细胞进行了电穿孔，利用CRISPR/Cas9技术靶向BCL11A红系特异性增强子（敲除），成功修饰了该位点约80%的等位基因，同时并未发现非目标编辑的证据。在对两名患者（一名患有TDT，另一名患有SCD）进行清髓后，给予经CRISPR/Cas9编辑后敲除了BCL11A增强子的自体CD34细胞移植治疗。一年后，两位患者的骨髓及血液中仍具有较高的等位基因编辑水平，胎儿血红蛋白血清浓度明显升高，同时改善了SCD患者血管闭塞性发作情况。

图：CRISPR/Cas9编辑BCL11A紅系特异性增强子

历经一年多的随访，观察两位患者出现的严重不良事件包括中性粒细胞减少的肺炎、肝小静脉闭塞症/肝窦阻塞综合征（VOD-SOS）、中性粒细胞减少引起的脓毒症、胆石症和腹痛，但这些副作用均在治疗得到缓解。

总的来说，这两位患者通过CRISPR/Cas9治疗，在副作用可控的前提下，获得了理想的治效，摆脱了长期的联合用药，不仅在可预见的情况下节省医疗资源、提高医疗效率，同时更提升了患者个人整体生活质量。但考虑到本次研究的参与样本量较小，这一疗法仍需更大样本、更长时间的试验来确证研究结果，对此，我们十分期待CRISPR/Cas9技术能在未来研究和应用中发挥更令人瞩目的疗效！

总结对基因进行编辑，从根本上改变生物体的遗传性状，似乎一直以来都是上帝的“特权”，但人类从未放弃此间的探寻。从1990年第1项基因治疗临床试验被批准，到近年CRISPR/Cas系统的横空出世，人类可能寻找到了解决遗传病的终极手段。本次在TDT/SCD患者的有益尝试取得了令人兴奋的结果，未来我们也期待CRISPR/Cas9技术在后续的试验中交出更令人满意的答卷！

参考资料：
[1].公少华,李娜,唐波.调控CRISPR-Cas9系统用于基因编辑的研究进展[J].化学学报,2020,78(07):634-641.[2].王志敏,毕美玉,贺佳福,任炳旭,刘东军.CRISPR/Cas9系统的发展及其在动物基因编辑中的应用[J].中国生物工程杂志,2020,40(10):43-50.[3].Sickle Cell Disease A Brief Update[4].CRISPR-Cas9 Gene Editing for Sickle Cell Disease andβ-Thalassemia[5].基于CRISPR/Cas9技术的β-地中海贫血和血友病基因治疗研究进展