全球首例！中國科學家利用基因編輯治療艾滋病和白血病

　　9月13日，中國北京大學-清華大學生命科學聯合中心、首都醫科大學附屬北京佑安醫院以及解放軍總醫院第五醫學中心的研究人員日前在國際頂級醫學雜志《The New England Journal of Medicine》（簡稱：NEJM）上發表了題為《CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia》（《利用CRISPR基因編輯的成體造血干細胞在患有艾滋病合并急性淋巴細胞白血病患者中的長期重建》 ）的研究論文。

　　這意味著，中國科學家在全球首次利用CRISPR/Cas9對人造血干細胞進行基因編輯，從而在動物模型中重建長期穩定的造血系統，以獲得抵御艾滋病和白血病的能力。

DOI: 10.1056/NEJMoa1817426

　　該論文的主要作者鄧宏魁認為，以CRISPR為代表的基因編輯技術在疾病的治療上具有極大的應用潛力，有望為艾滋病、鐮刀型貧血、血友病、β地中海貧血等血液系統相關疾病的治療帶來新的曙光。

　　發現：幫助HIV入侵的“叛徒”蛋白

　　艾滋病，一種讓人談之色變的病毒型傳染病，由人類免疫缺陷病毒（HIV）對人類免疫系統重要的細胞進行感染而致病的。其中后果最為嚴重的是，它能夠感染免疫系統中起關鍵作用的CD4＋T淋巴細胞，從而削弱機體抗感染和癌癥的防御功能，最終患者死于嚴重感染和癌癥。

CCR5 圖片來源：維基百科

　　研究學者們發現，在HIV攻陷人體免疫系統的過程中，CD4＋T淋巴細胞表面的兩種標記蛋白充當了“叛徒”的角色：一個是CD4，另一個就是CCR5。要想阻止HIV病毒的肆虐進攻，治愈艾滋病患者，就必須將相關的“叛徒”蛋白去掉。

　　這也是關鍵之處。如果編碼CD4或者CCR5蛋白的基因發生功能突變，則艾滋病毒無法感染CD4＋T淋巴細胞，人體的免疫系統便有可能躲過HIV病毒的“屠殺”。

　　隨后研究人員發現，目前有大約1%的白人天生對艾滋病免疫。在他們身上的研究發現，CCR5-Δ32基因編碼的受體出現了功能突變，讓多數HIV病毒“走投無路”。這也意味著說，CCR5-Δ32基因是HIV攻入人體細胞的重要“缺口”。如果該基因發生突變，HIV將難以依賴與生存，人便擁有了不會患艾滋病的超能力。

　　這便是啟發鄧宏魁團隊開展研究的重要切入點。

　　啟發：“柏林病人”和“倫敦病人”的治愈

　　自1981年美國發現首例艾滋病開始，近40年的艾滋攻堅戰，人類一直處于劣勢。直到2007年，事情發生了轉機。

　　2007年，蒂莫西?雷?布朗，一位同時患有白血病和艾滋病的美國男子被稱為“柏林病人”。原因在于，他在德國接受了攜帶CCR5基因突變捐獻者的造血干細胞移植手術后，其血液中的HIV病毒竟然得到了有效清除，實現了艾滋病的功能性治愈。“柏林病人”也因此被視為人類治愈的第一例艾滋病病人。

Ravindra Gupta博士 圖片來源：倫敦大學

　　2019年3月，時隔十二年 ，倫敦大學學院的醫學博士Ravindra Gupta和他的團隊在在《Nature》雜志（在線版）上的報告中寫道：“柏林病人的治愈不是一個偶然現象。” 患有急性白血病和艾滋病的“倫敦病人”在接受CCR5基因突變的干細胞移植后，被完全治愈了。

　　盡管這一干細胞移植治療的效果十分顯著，但成本也是十分高昂的，且找到CCR5-Δ32基因突變的供者極為困難，為進一步的治療設下重重障礙。

　　但這一療法的成功也為研究人員指明了另一個方向，如能找到有合適配型的供者骨髓，哪怕沒有CCR5-Δ32基因突變，也可通過基因編輯，實現對艾滋病的治療或治愈。但是如何在造血干細胞中進行高效基因編輯，也是實現臨床應用的關鍵瓶頸。

　　全球首次： CRISPR/Cas9技術治療“中國病人”

　　國際上艾滋病治療的進程日新月異，也是時候放眼國內了。這時，一例與“柏林病人”、“倫敦病人”相似的案例出現在了北京。

　　2016年5月我國一名27歲的男性被相繼診斷出患有艾滋病和急性淋巴細胞白血病。直至2017年，歷經1年的艾滋病抗逆轉錄病毒治療后的他，情況并沒有得到緩解。

　　是不是可以嘗試用同款干細胞移植的方法來對他進行治療呢？

鄧宏魁教授 圖片來源：百度百科

　　于是，北京大學生命科學學院鄧宏魁教授、解放軍總醫院第五醫學中心陳虎教授、首都醫科大學附屬佑安醫院吳昊教授等團隊合作，進行了世界首次基因編輯治療艾滋病和白血病的臨床研究。

　　研究人員利用CRISPR/Cas9技術將供體造血干/祖細胞（HSPCs）的CCR5基因進行了插入敲除，并將其移植到HIV感染伴有急性淋巴母細胞性白血病（Acute lymphoblastic leukemia）的患者體內，進行了19個月的隨訪觀察。

　　研究結果顯示，患者在骨髓移植后淋巴細胞和T細胞亞群的數量出現明顯上升，CD4細胞數目在移植后6個月達到正常范圍，并在之后的隨訪階段一直維持正常水平。

　　急性淋巴母細胞性白血病僅僅在移植后4周就得到了完全緩解。且隨訪期間患者沒有出現與CCR5編輯相關的副反應。

HIV病毒 圖片來源：pixabay

　　但讓人遺憾地是，該研究中HSPCs的CCR5體外敲除效率仍然偏低，僅為17.8%。

　　并且當科研人員嘗試停止使用抗逆轉錄病毒藥物，以檢測骨髓移植能否抑制患者體內的病毒復制時，患者體內的HIV病毒量出現了劇烈上升，CD4細胞的數量和比例均降低，CCR5缺失的CD4細胞的比例出現小幅上升，這促使科研人員不得不重啟藥物治療程序。

　　研究者指出，雖然該研究成功的將CCR5敲除的造血干/祖細胞移植到HIV感染者體內，但較低的敲除效率仍然阻礙機體對HIV病毒的有效清除。因此，如何提高CCR5的敲除效率以及效率提高后的安全性仍需要進一步研究。

　　結語

　　其實，CCR5作為有效治療艾滋病的靶點大家并不陌生。去年年底鬧得沸沸揚揚的基因編輯嬰兒便也是基于這一靶點進行的艾滋病防御性試驗，但因為在人體胚胎上進行基因改造，引發了強烈的倫理爭議。此次治療性試驗是在成人體細胞中進行的CCR5靶點改造，有效提高了基因編輯的有效性。

　　也正如鄧宏魁教師所說的那樣：近幾年基因編輯技術不斷發展，相信很快就會有安全且更高效率的基因編輯技術體系被開發出來。現有方法的優化也會多方面提高效率。未來，當基因編輯后的造血干細胞能夠產生足夠多的帶有突變的T細胞抵御HIV時，通過一次治療便可獲得持久性療效。

　　參考資料：

　　[1] CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia

　　[2] 世界衛生組織網站

　　[3] Perez, E.E. et al. Establishment of HIV-1 resistance in CD4+ T cells by genome editing using zinc-finger nucleases. Nat. Biotechnol. 26, 808–816 (2008).

　　[4] Tebas P, Stein D, Tang WW, et al. Gene editing of CCR5 in autologous CD4 T cells of persons infected with HIV. N Engl J Med 2014； 370:901-10.

　　[5] Lei Xu, Jun Wang, Yulin Liu, et al. CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia. N Engl J Med 2019.

　　[6] 專家點評NEJM |世界首例！陳虎/鄧宏魁/吳昊合作團隊報道首例CRISPR編輯干細胞治療HIV和白血病患者. BioArt.