新的基因编辑策略纠正地贫突变

　　

生物通报道：最近，美国耶鲁大学带领的一个研究小组，使用一种新的基因编辑策略，纠正了导致地中海贫血（一种贫血症）的突变。研究人员说，他们的基因编辑技术在小鼠中纠正了致病突变，并减轻了小鼠的疾病。这一发现可能会促使人们研究类似的基因治疗，来治疗遗传性血液病患者。相关研究结果发表在10月26日的《Nature Communications》。

基因编辑技术有治疗家族遗传性血液疾病的潜力，如地中海贫血、镰状细胞性贫血，但其应用在很大程度上限于实验室内的细胞，而不是活的动物。为了能在地中海贫血小鼠中实现基因编辑，放射治疗与遗传学教授Peter M. Glazer和他的同事们开发了一种替代方法，将纳米颗粒、DNA合成片段和一个简单静脉注射结合起来。

这个跨学科研究小组发现了来自骨髓的一种蛋白质，它具有激活干细胞的能力，干细胞是对基因编辑最敏感的细胞。他们将蛋白质与合成分子（被称为PNAs）相结合，PNAs可模仿DNA并结合到靶基因形成三螺旋。这触发了细胞自身的修复过程来修复致病突变。

该研究小组利用生物医学工程教授Mark Saltzman实验室开发的纳米粒子，将PNAs运送到小鼠体内的靶突变。最后一步是使用一个静脉注射，来传递基因编辑包。

研究人员发现，这项技术能够将突变纠正到这样一种程度，即，小鼠不再有地中海贫血的症状。140天后，他们测试了动物的血红蛋白水平，发现它们是正常的。

Glazer说：“基本结果是，我们用装满PNAs的纳米粒子，加上模板DNA和简单的分子静脉输液，实现了足够的基因编辑，来有效地治疗地中海贫血小鼠。”

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此外，由于研究团队利用化学反应所产生的微小DNA片段，因此这种技术避免了其他技术的意外结果，像CRISPR一样，当它们改变基因组时可能会引起副作用。Glazer说：“我们证明，我们有着非常低的脱靶效应。”

如果该策略在临床研究中被证明是有效的，它就可能为地中海贫血、镰状细胞病和其他遗传性血液病患者带来新的基因疗法。他说：“我们可以让足够多的细胞得以修正，个体再没有患上贫血症。我们可以实现对症治疗。”

用基因编辑纠正血液疾病，最广为人知的当属中山大学黄军就带领的人体胚胎编辑，去年他们在《Protein&Cell》杂志上发表的研究中，首次利用“不能存活”的胚胎，尝试用CRISPR/Cas9基因编辑技术来修改一种潜在致命血液疾病——β-地中海贫血的致病基因。该研究一度引起国际学者的广泛关注和争议。相关阅读：Nature：中国科学家用CRISPR/Cas9改造人类胚胎；修改人类胚胎基因研究惹争议：当科学撞上伦理。

另外，国际上还有许多学者尝试利用基因编辑技术来治疗血液疾病。2015年5月，研究人员利用TALENs方法，在人的红细胞中引入这个单碱基突变。改变红细胞中DNA的单个碱基，可提高它们生产携氧血红蛋白的能力。这项成果发表在《Nature Communications》上，有望带来镰状细胞贫血及其他血液疾病的治疗。相关阅读：Nature子刊：基因组编辑终结贫血。

今年6月10日，国际著名学术期刊《Journal of Biological Chemistry》在线刊登了广州医科大学第三附属医院孙筱放教授带领的一项研究成果，该研究小组将ssODNs与CRISPR/Cas9介导的基因组编辑相结合，来特异性地靶定β-地中海贫血致病基因CD41/42 (-CTTT)突变。相关阅读：广州医科大学用CRISPR纠正地贫突变。

2016年8月，由圣犹大儿童研究医院的研究人员领导的一个国际科学家小组，发现了一种方法在分离自患者的血细胞中利用CRISPR基因编辑来帮助治疗镰状细胞疾病和β地中海贫血。这项发表在《自然医学》（Nature Medicine）杂志上的研究，为借助基因组编辑来治疗常见血液疾病的一种新方法提供了原理证明。相关阅读：Nature Medicine挖掘CRISPR基因编辑的治疗潜力。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：

In vivo correction of anaemia in β-thalassemic mice by γPNA-mediated gene editing with nanoparticle delivery
Abstract: The blood disorder, β-thalassaemia, is considered an attractive target for gene correction. Site-specific triplex formation has been shown to induce DNA repair and thereby catalyse genome editing. Here we report that triplex-forming peptide nucleic acids (PNAs) substituted at the γ position plus stimulation of the stem cell factor (SCF)/c-Kit pathway yielded high levels of gene editing in haematopoietic stem cells (HSCs) in a mouse model of human β-thalassaemia. Injection of thalassemic mice with SCF plus nanoparticles containing γPNAs and donor DNAs ameliorated the disease phenotype, with sustained elevation of blood haemoglobin levels into the normal range, reduced reticulocytosis, reversal of splenomegaly and up to 7% β-globin gene correction in HSCs, with extremely low off-target effects. The combination of nanoparticle delivery, next generation γPNAs and SCF treatment may offer a minimally invasive treatment for genetic disorders of the blood that can be achieved safely and simply by intravenous administration.