CRISPR/Cas9基因组编辑技术在HIV-1感染治疗中的应用进展

　　

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生物通报道：基因治疗是将外源正常基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病,从而达到治疗目的。因此,基因治疗的技术方法在研究持续感染HIV-1或潜伏感染HIV-1原病毒患者的治疗中具有重大的现实意义。目前,现有的基因治疗方法存在识别靶向位点有限及脱靶几率大等主要问题。

最新研究表明来源于细菌和古菌的规律间隔成簇短回文重复序列及其相关核酸酶9系统[Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated nuclease 9 (Cas9), CRISPR/Cas9]已被成功改造成基因组定点编辑工具。因此,如何利用CRISPR/Cas9系统实现对HIV-1病毒基因组进行高效靶向修饰,从而达到治疗HIV-1感染病患的目的已经成为当前研究的热点。来自辽宁师范大学生命科学学院的研究人员参考最新国内外研究成果,重点介绍了 CRISPR/Cas9基因组编辑技术在HIV-1感染疾病治疗中的应用,主要包括CCR5基因编辑、清除HIV-1原病毒以及活化HIV-1原病毒,以期为HIV-1感染疾病的预防与治疗提供重要研究参考。

艾滋病又称获得性免疫缺陷综合征(Acquired immune deficiency syndrome, AIDS)，是感染人类免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus, HIV)导致的传染性疾病。艾滋病病毒HIV包含HIV-1型和HIV-2型两种类型。

HIV-1型病毒是引起艾滋病的主要病原，因此艾滋病的预防与治疗主要是针对HIV-1型艾滋病病毒。HIV-1的感染效率与其他病毒感染相比较慢，大致可以分为3个时期即形成感染期、局部扩散期和全身播散期。根据HIV-1 的感染特性，目前在临床上比较常用的治疗手段为高效抗逆转录病毒疗法(Highly active antiretroviral treatment, HAART)，该方法虽然能显著改善患者病发症状，但是仍然存在大量弊端。首先，患者终身用药易产生对治疗药物的耐受，并且药物治疗只能抑制病毒复制并不能清除病毒，而一旦药物治疗失效就会产生耐药性病毒株导致患者死亡；其次，长期用药会产生较大毒副作用并能够破坏患者的心脑血管系统甚至产生肝脏衰竭现象；最后，高昂的治疗费用也会使普通患者难以承受。

鉴于HAART的上述局限性，近年新兴的基因治疗技术被渐渐推广。目前，治疗HIV-1型艾滋病的基因治疗手段主要包括基于RNA的基因治疗、基于基因产物(蛋白质)的基因治疗、CD4+T细胞基因治疗以及造血干细胞基因治疗等。

基因治疗的临床效果虽然已经被证实，但是在技术和应用上仍然存在一些亟待解决的问题：(1)无论采用何种基因治疗技术都不可避免地产生一定的脱靶几率；(2)基因治疗对HIV-1病毒基因的高效性与专一性问题；(3)基因治疗药物是否会对患者产生毒性以及免疫原性；(4)基因治疗所需的高昂费用等。因此，研发一种可在较短时间内能够抑制病毒复制、预防病毒感染、对机体毒副作用小、费用低廉的新型治疗手段将会成为全球医疗科研工作者的主要研究目标之一。

近年来，ZFN和TALEN在艾滋病预防与治疗方面已经得到了广泛应用。Christy等运用TALEN技术在体外对HIV-1原病毒DNA的反式激活效应元件(Transactivation response element, TAR)进行识别与切割进而彻底清除HIV-1原病毒DNA。目前，ZFN和TALEN在HIV-1预防与治疗方面虽然存在诸多优势，但是同样存在很多问题，如这两种编辑工具识别靶向位点有限、

识别模块构建复杂、体外合成费用高以及脱靶几率大等。最近研究发现，成簇的规律性间隔短回文重复序列及其相关系统(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated nuclease 9，CRISPR/Cas9)作为一种新型基因组编辑技术具有制备简单、靶向性强、成本低和脱靶率低等诸多优势，已经被应用于疱疹病毒和乙型肝炎病毒等的临床治疗。

这篇文章主要综述了CRISPR/Cas9基因组编辑技术在HIV-1感染治疗中的应用。作者指出，CRISPR/Cas9基因组编辑技术能够方便、快捷地对目的基因组进行有效编辑。在人类疾病治疗上，CRISPR/Cas9技术的出现为HIV-1、癌症等难以攻克的疾病治疗方面提供了新的医疗手段。

对HIV-1型艾滋病的治疗，CRISPR/Cas9技术通过改造哺乳动物造血干细胞产生CCR5Δ32突变型干细胞，实现阻断HIV-1病毒侵染哺乳动物细胞；CRISPR/Cas9还能够靶向作用于HIV-1原病毒LTR区，进而彻底清除存在于哺乳动物体内的HIV-1 原病毒；同时，CRISPR/Cas9基因组编辑技术可以经“改造”后靶向识别并激活HIV-1原病毒，结合HAART药物对生物体内存在的HIV-1 彻底清除。

目前，CRISPR/Cas9对HIV-1的治疗还只限于理论研究层面，并没有真正应用于临床治疗，而且CRISPR/Cas9的安全性与稳定性仍需要进一步鉴定，sgRNAs的脱靶原因及脱靶率需要深入分析，安全、快速、有效地将CRISPR/Cas9转入细胞内所选择载体需要反复斟酌。尽管如此，CRISPR/Cas9终将在未来彻底根除HIV/AIDS过程中发挥不可替代的作用。

（生物通）

原文检索：

韩英伦, 李庆伟. CRISPR/Cas9基因组编辑技术在HIV-1感染治疗中的应用进展[J]. 遗传, 2016, 38(1): 9-16.
Yinglun Han, Qingwei Li. Application progress of CRISPR/Cas9 genome editing technology in the treatment of HIV-1 infection. HEREDITAS(Beijing), 2016, 38(1): 9-16.