基因编辑的浪潮席卷临床

2015-11-25 佚名 生命奥秘

Layla Richards的白血病病症在细胞经DNA剪切酶作用后得到缓解。 公司准备检测基因编辑技术在人类疾病治疗的应用范围。 得益于基因编辑技术,Layla Richards能够接受来自另一个人的经过修饰的免疫细胞,这个一岁大的白血病患儿的病症得到了缓解。 她的病例是应用基因编辑技术成功治疗人类疾病的第二例,第一例是在去年应用于HIV感染者。公司计划进行类似的试验,并打算试验直接

Layla Richards的白血病病症在细胞经DNA剪切酶作用后得到缓解。

公司准备检测基因编辑技术在人类疾病治疗的应用范围。

得益于基因编辑技术,Layla Richards能够接受来自另一个人的经过修饰的免疫细胞,这个一岁大的白血病患儿的病症得到了缓解。

她的病例是应用基因编辑技术成功治疗人类疾病的第二例,第一例是在去年应用于HIV感染者。公司计划进行类似的试验,并打算试验直接将DNA编码的基因剪切酶注入人体的疗法。

Richards的主治团队,也就是由NHS信托伦敦大奥蒙德街儿童医院免疫学家Waseem Qasim领导的团队,已经计划于明年在10-12人身上开展基因编辑技术的安全试验。但是当研究者们偶然发现这个其他治疗方法皆不奏效的婴儿时,他们获得了对她进行治疗的特殊许可。几个月后,Waseem Qasim表示这个孩子恢复得不错。他们将会于12月在弗罗里达州奥兰多市召开的美国血液学会会议上介绍这个病例。

研究者为了实施这项治疗,从一个健康的供体体内提取了一种叫做T细胞的免疫细胞,然后用DNA剪切酶——TALEN 处理该细胞。被Cellectis(一家总部位于巴黎的公司)的研究者创造的TELAN系统是用来去除免疫基因活性的DNA编辑系统,否则当供体的T细胞注入受体体内时,将会攻击受体体内的细胞。TELAN系统同时优化了细胞内的基因,保护输入的免疫细胞不受抗癌药物的破坏。然后,病人自身的免疫系统会被一系列治疗破坏,并被改良的供体免疫细胞取代。这种疗法并不是永久治愈白血病的良策,但它是在找到匹配的T细胞供体之前,能够保证患者生存的桥梁。

HIV治疗成功

史上第一次应用基因编辑技术来治疗人类疾病采用的是类似的体外方法。去年,加州里士满市的Sangamo BioScience公司发表了他们用经过基因编辑的细胞治疗12位HIV感染者的临床试验结果(P. Tebas et al. N. Engl. J. Med. 370, 901–910; 2014)。研究人员采用的DNA剪切酶是锌指核酸酶(ZFN),而不是TALEN。

锌指核酸酶添加到病人体内提取出的血液之后,会切除T细胞中能被HIV识别的蛋白基因片段,然后,他们再将这些处理过的细胞输回患者体内。临床的结果非常乐观,截止到发表时,一半参与的患者已经完全停止使用抗逆转录病毒药物。Sangamo公司告诉Nature,他们已经采用这种疗法医治了超过70名患者。

然而,对某些疾病来说,体内基因编辑基因组的技术会更有意义。比如说,如果靶细胞是在实体器官或者组织内,相比于血液里的细胞,这种类型的细胞更难从体内移出到体外进行处理。

在10月于华盛顿举行的美国国家科学院、工程院和医学院会议上,Sangamo公司的资深科学家Fyodor Urnov介绍了一项研究:他的小组将携带了编码ZFN和正常的IX因子(一种在B型血友病中会发生突变的肝脏产生的凝血蛋白)基因的病毒注射到15只猴子体内。

ZFN会在基因组编码的、在肝脏大量产生的白蛋白区域切断基因,并插入编码健康的IX因子的基因。之后,猴子开始合成较多的IX因子,IX因子在血液中的水平上升了10%。Urnov表示,白蛋白编码位点是一个很好的插入其它基因的位置,就好像“人类基因组的USB接口” (R. Sharma et al. Blood 126, 1777–1784; 2015)。

美国国立卫生研究院主管包括改造DNA在内的所有临床研究许可的委员会,他们于今年9月为IX因子疗法的人类试验开了绿灯,不过,Urnov表示,Sangamo还需要得到美国食品药品监督管理局的许可。Urnov还指出,公司将会于年底提出申请,若审批通过,这项实验将会于2016年初启动。Sangamo还计划申请几项其它体内基因编辑试验的许可,包括治疗血红蛋白病和β型地中海贫血等血液疾病的疗法。

其他研究者也在计划进行临床试验。11月3日,生物技术公司在马萨诸塞州剑桥设立Editas Medicine,并宣布希望能够在2017年开始体内基因编辑技术的试验。研究者可以将编码CRISPR/Cas9酶系统的DNA注射到患有罕见的视网膜疾病的人类眼球,来修正先天性黑蒙症的基因突变。

无论是体外还是体内的基因编辑都有可能引起基因组其它位置的不正确基因剪切,但是在体内的情况下,还有可能发生注射的DNA载体在体内保持活性长达几年的情况。这将造成难以预见的影响,例如诱导出针对DNA剪切酶的免疫反应。为此,正在研究传统基因治疗血友病的疗法的费城宾夕法尼亚大学生物学家Valder Arrud表示非常担忧。但是,Sangamo公司表示他们并没有在动物实验中观察到这些反应。Qasim认为,体内基因编辑的另一个挑战在于如何确保足够的靶细胞能够被编辑,以及如何确保载体能够将有效基因片段运输到身体的正确部位。

有可能被体内基因编辑治愈的疾病种类正在增加。在4月的合成生物学大会上,北卡罗来纳州达勒姆市杜克大学生物医学工程学家Charles Gersbach介绍了一项关于一种肌肉萎缩疾病——肌营养不良症的小鼠实验。当他的团队向小鼠体内注射携带了DNA剪切酶基因的病毒载体进入小鼠的肌肉后,20%的肌肉细胞能够得到修正,这个比例已经足够从实质上改善肌肉的状态和力量。Gersbach认为体内技术将是基因编辑的下一个潮流。

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