2020-01-09
2020年1月8日，邦耀生物首席科學家劉明耀教授和李大力教授帶領團隊與華東師范大學、廣西醫(yī)科大學、海南醫(yī)學院和湘雅醫(yī)學院通力合作，在國際著名學術期刊《Cell Research》共同發(fā)表題為“Reactivation of γ-globin Expression through Cas9 or Base Editor to Treat β-Hemoglobinopathies”的研究成果[1]。通過在造血干細胞中建立超高效的基因編輯技術體系，模擬在部分人群中天然存在的γ珠蛋白啟動子突變，可以重新激活胎兒血紅蛋白HbF，為β珠蛋白突變引發(fā)的系列遺傳疾病，包括β-地中海貧血和鐮刀型細胞貧血癥的治療，提供了安全有效的靶點和方法。此項研究是邦耀科學家團隊聯(lián)合國內多家頂級醫(yī)院血液科攜手完成，最終目的是實現基因編輯技術的臨床轉化，為我國β-地貧患者帶來徹底治愈的療法。
中國是地貧大國，且治療方式有限
據《中國地中海貧血防治藍皮書（2015)》的數據顯示，目前我國“地貧”基因攜帶者約3000萬人，其中重型和中間型地貧患者約30萬人且正以每年約10％的速度遞增，在我國長江以南地區(qū)，尤以廣西，廣東和海南三省為甚[1]。
目前，針對β-地中海貧血的療法主要有以下幾種，一是輸血替代治療，患者往往需要終身輸血和去鐵治療，由于花費非常大且血源有限，我國患者極少能接受規(guī)范化治療；二是造血干細胞移植治療，這也是目前唯一可以根治β-地中海貧血的方法，但費用花費巨大，且配型極其困難[2]。如果可以將自體造血干細胞經基因校正后回輸到患者體內，則可以解決造血干細胞來源不足及配型困難的問題。
利用基因編輯技術引入HPFH良性突變，是一種新的治療策略
臨床研究發(fā)現，在遺傳性高胎兒血紅蛋白癥（Hereditary persistence of fetal hemoglobin，HPFH）人群中的11號染色體上存在一些突變[3]，導致他們即使在成年期，血液中依然存在高含量（1%-30%）的胎兒血紅蛋白HbF（正常成年人在1%以下）。除此之外，他們和正常人沒有差別。當一個β-地貧病人的基因中復合HPFH的突變時，他的貧血程度一般都會比同種病人更輕，因為胎兒血紅蛋白能夠在功能上補償患者缺失的成人血紅蛋白。
所以，利用基因編輯技術引入HPFH這種良性突變，重新激活γ珠蛋白基因（HBG）使患者重新生成胎兒血紅蛋白，已經成為一種新的基因治療地貧的策略。本研究團隊采用基因編輯技術模擬HBG啟動子區(qū)13bp缺失和-114C>T這2種HPFH中存在的天然突變，破壞BCL11A結合域，從而解除其對HBG表達的抑制，恢復胎兒血紅蛋白水平，以達到治療效果[4]。
研究中利用電穿孔的方式將Cas9/sgRNA或A3A-BE3/sgRNA復合物以RNP形式遞送到細胞內，可以有效避免Cas9蛋白持續(xù)表達可能引起的安全問題。通過不斷調整Cas9蛋白的用量，在來源于β-地中海貧血病人的CD34+造血干細胞內實現了HBG啟動子區(qū)的高效基因編輯，平均編輯效率可達85%以上。同時還首次嘗試了利用單堿基編輯工具hA3A-Cas9n對BCL11A位點進行編輯。具體策略如下：
1.利用Cas9介導的基因編輯技術模擬HBG啟動子缺失的HPFH
CRISPR-Cas9介導的基因編輯在HBG啟動子區(qū)產生了13bp的缺失，經過體外分化發(fā)現，無論是來源于健康志愿者的CD34+造血干細胞還是來源于β-地中海貧血病人的CD34+造血干細胞，胎兒血紅蛋白的含量均顯著提高，且均超過了在臨床上顯示的有益于鐮刀型細胞貧血癥的水平。同時流式分析與顯微鏡檢查發(fā)現，經過編輯的來源于β-地中海貧血病人的CD34+造血干細胞分化后更加飽滿圓潤接近正常紅細胞。同時，研究人員還對編輯后的細胞進行了脫靶分析，結果顯示在這些潛在的脫靶位點并沒有產生基因缺失和插入，證實了該編輯策略的安全性。
2.利用單堿基編輯技術突變HBG啟動子位點破壞BCL11A結合
此外，該團隊的研究人員首次將單堿基編輯器直接作用于HBG啟動子區(qū)，使-114和-115位點的C突變?yōu)門，重新激活胎兒血紅蛋白的表達。雖然基因編輯效率只達到12-18%，但令人驚奇的是，對比體外分化來源于正常志愿者和β-地中海貧血病人的CD34+造血干細胞發(fā)現，經編輯的胎兒血紅蛋白表達水平與未編輯的相比仍然有較大的提高，為β-地中海貧血的治療提供了新的解決方案。
據統(tǒng)計，在我國β-地中海貧血的患病率是2.21%，其類型達48種。基因編輯技術介導的基因治療是精準醫(yī)學領域的一大突破，利用基因編輯技術重新激活胎兒血紅蛋白的表達，也為β-地中海貧血的個性化治療提供了可能性。
除了靶向HBG啟動子區(qū)域，邦耀生物還加強了在地貧其他位點的研發(fā)管線拓展。2019年3月25日，國際著名學術期刊《Nature Medicine》在線發(fā)表了邦耀科學家吳宇軒研究員在基因治療方向的研究成果，題為“Highly efficient therapeutic gene editing of human hematopoietic stem cells”。該研究通過基因編輯技術編輯β-地中海貧血患者的造血干細胞中的BCL11A增強子位點，并進行自體造血干細胞移植，編輯后的造血干細胞可以分化為含有高水平HbF的紅細胞，有望徹底根治由β-globin珠蛋白突變引發(fā)的系列遺傳疾病。
目前邦耀生物團隊正積極進行科技成果轉化，與國內多家頂級醫(yī)療單位攜手，希望借此項研究及其臨床實驗的推廣，使得基于基因編輯的基因治療成為我國β-地中海貧血患者全新的臨床治療方案，并有望實現“一次治療終身治愈”的療效。
與在基因治療方面處于領先地位的BlueBird Bio公司的慢病毒療法LentiGlobin (商品名：Zynteglo，Zynteglo是一種基于慢病毒載體的體外基因療法，且定價高達177萬美元，名副其實的成為了全球第二昂貴的藥物)相比，邦耀生物采用的將Cas9蛋白和sgRNA通過電轉染導入患者自體造血干細胞的治療方案，更為高效、便捷和安全，且成本極大降低。
參考文獻
1.中國地中海貧血藍皮書-中國地中海貧血防治狀況調查報告（2015），北京天使媽媽慈善基金會，中國思源工程扶貧基金會，北京師范大學中國公益研究院編著
2.《地中海貧血預防控制操作指南》，主編：徐湘民,人民軍醫(yī)出版社, 2011.3, ISBN 978-7-5091-4642-2
3. Wienert B, Martyn GE, Funnell APW, Quinlan KGR, Crossley M: Wake-up Sleepy Gene: Reactivating Fetal Globin for beta-Hemoglobinopathies. Trends Genet 2018, 34(12):927-940.
4. Wang L, Li L, Ma Y, Hu H, et al. Reactivation of γ-globin Expression through Cas9 or Base Editor to Treat β-Hemoglobinopathies. Cell Research, 2020,1
