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劉如謙使用單堿基編輯，首次修復鐮狀細胞病致病突變



劉如謙使用單堿基編輯，首次修復鐮狀細胞病致病突變
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撰文 | 王聰
鐮狀細胞病（SCD） ， 是一種常染色體隱型遺傳病 ， 是由表達β-珠蛋白的HBB基因突變引起 ， 突變導致β-珠蛋白上第六位原本的谷氨酸被替換成纈氨酸 ， 進而導致紅細胞形態異常 ， 呈現鐮刀型 ， 因此也叫做鐮刀狀細胞貧血癥 。
鐮狀細胞病患者會出現包括貧血、嚴重急性和慢性疼痛、免疫缺陷、多器官衰竭 ， 甚至早逝 。 骨髓移植是根治這種遺傳疾病的方法 ， 然而 ， 骨髓移植費用巨大、配型極其困難 ， 因此 ， 絕大多數患者只能依賴頻繁輸血維持生命 ， 不僅給家庭帶來極大經濟負擔 ， 患者的生活質量也很低 。
近年來 ， 基因治療技術的崛起為徹底治愈這種嚴重遺傳病帶來了新希望 。 之前有臨床研究通過慢病毒導入β樣珠蛋白基因 ， 或使用CRISPR-Cas9基因編輯抑制BCL11A基因 ， 從而重新激活γ-珠蛋白表達 ， 彌補β-珠蛋白的缺失 。 詳情：NEJM：CRISPR基因編輯人類臨床試驗 ， 治愈兩種遺傳性貧血癥
但是 ， 這兩種方法都具有一定的缺陷 ， 慢病毒載體存在插入突變風險 ， CRISPR-Cas9造成DNA雙鏈斷裂 ， 會帶來片段插入、缺失、易位、染色體片段丟失、染色體碎裂、p53激活等多種潛在風險 。 而且這兩種方法都沒有消除致病性的突變β-珠蛋白 ， 都屬于“曲線救國” 。
2021年6月2日 ， 單堿基編輯技術開創者劉如謙（David Liu）等人在 Nature 發表了題為：Base editing of haematopoietic stem cells rescues sickle cell disease in mice 的研究論文 。

劉如謙使用單堿基編輯，首次修復鐮狀細胞病致病突變
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鐮狀細胞病（SCD）屬于單堿基突變導致的單基因遺傳病 ， 因此 ， 單堿基編輯技術能夠修復這種突變 ， 腺嘌呤堿基編輯器（ABE）能夠將活細胞中的 A?T 堿基對轉化為 G?C ， 而無需造成 DNA 雙鏈斷裂 ， 也無需供體 DNA 模板 ， 具有更小的潛在風險 。
在鐮狀細胞病中 ， 編碼 β-珠蛋白的第六位氨基酸的密碼子 GAG 突變成了 GTG 。 雖然腺嘌呤堿基編輯器（ABE）不能將 GTG 突變恢復成 GAG， 但可以將轉化為 GCG， GCG 是一種自然存在的非致病性變異 ， 轉化后于正常 β-珠蛋白無異 。 突變的基因型成為HBBS ， 修復后的基因型成為HBBG 。

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劉如謙團隊使用了他們于2020年利用噬菌體輔助進化技術開發的新型腺嘌呤堿基編輯器——ABE8e-NRCH 。
為了最大程度保證安全性 ， 研究團隊使用了 ABE8e-NRCH 蛋白 + sgRNA 組成的核糖核蛋白（RNP） ， 或使用 ABE8e-NRCH mRNA + sgRNA， 通過電穿孔導入CD34+造血干細胞和祖細胞（HSPC） ， 對其進行進行堿基編輯 。
試驗結果表明 ， 經過編輯的HSPC細胞在植入小鼠后能持久存在 ， 16周后 ， 修復后的HBBG基因型占比達到了68% ， 鐮刀型紅細胞比例顯著降低 。
為了評估這種方法的效果 ， 研究團隊對鐮狀細胞病小鼠模型的HSPC細胞進行了單堿基編輯 ， 該小鼠模型內源性 β-珠蛋白基因被人類HBBS突變性基因取代 。 編輯后的HSPC細胞移植到受輻照（抑制移植物抗宿主反應）的成年受體小鼠中 。
實驗結果表明 ， 初次和二次移植后 ， 這些編輯后的造血干細胞能夠長期存在 ， 并將鐮狀細胞病小鼠模型的血液學參數恢復到接近正常水平 。

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這些研究結果表明 ， 對自體造血干細胞進行離體單堿基編輯后移植 ， 是非常有潛力的一次性治療鐮狀細胞病的方法 。
而就在一年前 ， 2020年6月3日 ， 劉如謙（David Liu）等在 Science Translational Medicine 期刊發表封面論文 ， 通過雙AAV載體遞送單堿基編輯器 ， 成功恢復Tmc1基因隱性突變導致的完全耳聾小鼠的聽力 。
這也是人類首次通過基因編輯技術解決隱性遺傳突變導致的遺傳疾病 。

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【劉如謙使用單堿基編輯，首次修復鐮狀細胞病致病突變】 論文鏈接：

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