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Cell子刊:我国科学家成功利用CRISPR/Cas9靶向CCR5基因产生HIV抵抗力

来源:本站原创 2017-08-07 21:11


图片来自WikiCommons, AJC1

2017年8月7日/生物谷BIOON/---一小部分人携带着基因CCR5(该基因编码一种在免疫细胞表面上发现的受体)纯合突变,这种纯合突变抑制HIV侵入这些免疫细胞。如今,在一项新的研究中,为了模拟这种天然抵抗力,来自中国疾病预防控制中心、北京大学、解放军307医院、军事医学科学院和广州军区广州总医院的研究人员在人胎儿肝脏造血干/祖细胞(hematopoietic stem/progenitor cell, HSPC)中让CCR5基因发生突变,并且证实在移植到小鼠体内后,这些HSPC细胞能够阻断HIV感染。相关研究结果发表在2017年8月2日的Molecular Therapy期刊上,论文标题为“CRISPR/Cas9-Mediated CCR5 Ablation in Human Hematopoietic Stem/Progenitor Cells Confers HIV-1 Resistance In Vivo”。

在美国天普大学路易斯-卡茨医学院研究HIV感染的神经科学家KamelKhalili(未参与这项研究)说,“这些预期的观察结果支持了之前的发现:靶向CCR5能够阻止HIV复制和扩散。利用CRISPR进行基因编辑可能要比之前使用过的基因编辑工具更加便捷。”

这项研究并不是首次利用基因编辑破坏人HSPC细胞中的CCR5基因。在2010年发布的一项研究(Nature Biotechnology, doi:10.1038/nbt.1663)中,Paula Cannon和她的同事们利用锌指核酸酶(ZFN)破坏这个基因,并且证实当在小鼠体内定植后,这些经过基因编辑的细胞能够克隆增殖,并且保持这种CCR5缺失。之前的这项研究导致一项正在进行的在HIV感染者体内测试这种基因编辑方法的临床试验(NCT Number: 02500849)。

Khalili团队之前已利用CRISPR将HIV从人基因组中切除(PNAS, doi:10.1073/pnas.1405186111),然而也有人研究了HIV如何躲避基于CRISPR的抗HIV治疗(Cell Reports, doi:10.1016/j.celrep.2016.03.042)。迄今为止,在美国,还没有基于CRISPR的基因编辑系统在临床试验中接受测试。

在这项新的研究中,解放军307医院造血干细胞移植科主任陈虎(Hu Chen)教授和北京大学干细胞研究中心主任邓宏魁(Hongkui Deng)教授和他们的同事们利用CRISPR/Cas9破坏了CD34+HSPC细胞中的CCR5基因。他们证实他们的基因编辑效率为21%~28%,高于利用ZFN方法报道的基因编辑效率:17%。

这项研究是首次利用CRISPR在动物模型中成功地让HSPC细胞发生持续长时间的CCR5突变。邓宏魁教授和陈虎教授在他们联合发送给《科学家》杂志的电子邮件中写道,“CRISPR的优势之一在于它具有较高的细胞转染效率。”

在美国宾夕法尼亚大学研究HIV如何感染T细胞的James Riley(未参与当前的这项研究)注意到,这些作者们能够靶向CCR5基因的一个区域,该区域与基因CCR2存在着显著的差异,而且鉴于CCR2基因与CCR5基因高度同源,采用ZFN基因编辑方法会产生脱靶效应。

这些研究人员证实这些经过CRISPR编辑的HSPC细胞能够成功地在小鼠体内定植,而且这些细胞能够经过分化,在47周内产生一系列正常的免疫细胞。他们还证实从这些发生HSPC细胞定植的小鼠体内分离出这些经过CRISPR编辑的HSPC细胞,随后能够将它们再次移植到另一组小鼠体内。

邓宏魁教授和陈虎教授写道,“这种长期重建和再次移植是比较耗时的。为了证实这种基因编辑方法在长期HSPC细胞中是稳健的,它花了我们一年多的时间来监控这些小鼠。”

接下来,这些研究人员让接受发生CCR5基因编辑或者未发生编辑的人CD34+HSPC细胞移植的小鼠接触一种利用CCR5侵入T细胞的HIV毒株。相比于携带着正常的人HSPC的小鼠而言,在携带这些接受编辑的人HSPC细胞的小鼠中,HIV RNA水平在感染的最初几周内发生下降,而且CD4+ T细胞数量下降得更少。

美国斯坦福大学细胞与基因医学实验室主任David DiGiusto在发给《科学家》杂志的一份电子邮件中写道,“这种令人信服的证据表明CRISPR介导的CCR5缺失会导致CD4+ T细胞后代产生想要的抵抗力。”DiGiusto协助开发了破坏CCR5的ZFN基因编辑方法。

不过,DiGiusto和Khalili一致认为,在人体临床试验中不大可能使用胎儿肝脏HSPC细胞。DiGiusto写道,“对于认为这些结果能够应用到来自成年HIV患者的HSPC细胞的看法而言,应当保持谨慎态度。”

Khalili注意到,针对靶向CCR5的一个忠告就是这种方法“可能不会实现完全治愈,这是因为这种病毒本身不会被清除,而且可能转而利用CCR4或其他的受体进行扩散。”靶向CCR5也将不会抵抗X4 tropic HIV分离株,这是因为这种分离株利用CXCR4受体而不是CCR5受体来入侵免疫细胞。

Riley说,迄今为止,“CCR5似乎是HIV的一种致命弱点。可能存在其他的靶标,但是就目前而言,它是最好的靶标。”

邓宏魁教授和陈虎教授和他们的同事们正在计划开展一项临床试验(NCT Number: 03164135)来测试利用CRISPR/Cas9让供者CD34+ HSPC细胞中的CCR5发生突变后,这些HSPC细胞是否能够安全地被灌注到HIV感染者体内,以及是否能够让这些感染者产生HIV抵抗力。

DiGiusto写道,“这些正在进行的临床试验将开始验证靶向CCR5阻止HIV感染的可行性和有效性。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Lei Xu, Huan Yang, Yang Gao et al. CRISPR/Cas9-Mediated CCR5 Ablation in Human Hematopoietic Stem/Progenitor Cells Confers HIV-1 Resistance In Vivo. Molecular Therapy, 2 August 2017, 25(8):1782–1789, doi:10.1016/j.ymthe.2017.04.027

2.Resistance to HIV Engineered Via CRISPR

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