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基因治疗相关领域研究进展一览

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来源:本站原创 2017-08-21 14:52

2017年8月21日 讯 /生物谷BIOON/ --本期为大家带来的是基因治疗相关领域的最新研究进展,希望读者朋友们能够喜欢。1. Science:癌基因蓝图绘制成功,或能推动个体化医疗的进程Doi:1126/science.aan2507在最近发表在《Science》杂志上的一篇文章中,研究者们绘制出了与主流癌症相关的病理学基因蓝图,展示了每个蛋白表达水平的差异究竟会对患者的生存期产生怎样的影响
2017年8月21日 讯 /生物谷BIOON/ --本期为大家带来的是基因治疗相关领域的最新研究进展,希望读者朋友们能够喜欢。


Doi:1126/science.aan2507



在最近发表在《Science》杂志上的一篇文章中,研究者们绘制出了与主流癌症相关的病理学基因蓝图,展示了每个蛋白表达水平的差异究竟会对患者的生存期产生怎样的影响。这一蓝图的成功绘制将助力于精准医疗与个体化癌症治疗的发展。

这一蓝图是基于对8000名患者的17中主要癌症类型进行分析而得出的,此外还加入了患者的存活数据。利用超级计算机技术,总共能够对2.5PB的数据进行分析,并声称超过900000份存活图表,它们详细地描述了体内蛋白质以及RNA的表达差异与患者临床存活时间的关系。

"人类蛋白质蓝图计划"联盟的主任同时也是该蓝图的主要领导之一Mathias Uhlen教授称:"这项研究与以前的癌症相关研究都不相同,它并没有专注于癌症特有的突变,而是对癌症相关突变引发的下游效应进行了系统性的分析。我们第一次发现了基因的表达差异对于患者寿命的影响,这就是'大数据'在临床研究中的意义。它也提醒我们研究者们要时刻注重数据的共享与相互学习"。

这篇文章揭示了癌症生物学领域许多重要的发现。首先,它发现一些基因在癌症组织中存在差异化表达,而在大多数情形下这些变化都会影响患者的存活;此外,该研究还发现不同的肿瘤组织中某一特定基因的表达量也有显著的差异,患者寿命的缩短伴随着一些与细胞分裂以及生长的基因表达量的上升以及一些与细胞分化相关基因表达量的下降有关;这些数据还表明,对癌症患者建立基因组规模的个体化代谢模型有助于发现与肿瘤生长相关的关键基因。

研究者们希望这一蓝图的问世能够帮助研究者们发现与癌症个体化治疗相关的生物学标志物。



doi:10.1038/nn.4620



近日,一项刊登于国际杂志Nature Neuroscience上的研究报告中,来自耶鲁大学的研究人员通过研究鉴别出了一种特殊的基因组合,该基因组合或能诱发致死性的胶质母细胞瘤,利用新型的研究技术研究人员或许还能鉴别出诱发其它类型癌症的元凶。

如今科学家们非常善于鉴别患者机体多种癌症中所存在的突变,但鉴别直接诱发疾病进展的基因或基因组合对于研究者而言或许还具有一定挑战性,比如,有超过223个基因都和胶质母细胞瘤的发病直接相关,胶质母细胞瘤是一种非常难以治疗的脑瘤,患者的中位数存活时间仅为1年至1.5年,这些基因中数千种组合都会诱发个体患病,但如今研究人员并不能够确定哪种突变或突变组合和既定癌症不断进展最为相关。

研究者Sidi Chen教授表示,如今我们绘制了人类的癌症基因组图谱,发现了和癌症相关的数千种新型突变,但我们很难证明到底是哪一种突变或突变组合会引发癌症,然而我们能够利用这些信息确定当前哪些药物对于患者而言具有治疗价值,当然这对于后期开发新型个体化癌症疗法非常重要。

文章中,研究人员开发了一种改进型的CRISPR基因编辑和筛选技术,该技术能够搜寻活体小鼠机体中诱发胶质母细胞瘤的主要驱动子,研究人员对1500多种基因组合所产生的影响进行了评估,结果发现了多个能够引发癌症的突变,他们还发现有两种突变能够让肿瘤对化疗产生耐受性,相关研究结果或能帮助研究人员开发针对不同患者的精准化个体疗法。

最后研究者表示,这种新型技术或许还能够为研究人员提供更多的研究思路和方法,帮他们寻找开发新型药物的特殊靶点;后期他们还将通过更为深入的研究来开发治疗癌症患者的新型治疗性手段。



doi: 10.1371/journal.pone.0181604



当医生无法诊断患者的病情时,他们往往会寻找"遗传侦探",如今基因组测序技术使用还没有10年时间,但其常常能够通过对患者机体的DNA进行搜索来寻找引发多种神秘疾病的突变。尽管取得了一系列成功,但基因组测序技术经常会得到空白结果,实际上诱发疾病的突变仅能够在三分之一至四分之一且机体存在强烈遗传状况的患者中存在。

为什么很多研究人员会得到空白结果呢?原因就在于"黑暗基因组",目前科学家们仅对人类2%的基因组进行了解析,这2%的基因组中包含有能够编码细胞所有蛋白的20000个基因,剩下98%的黑暗基因组对于科学家们而言仍然是个谜题,尽管有研究认为这些非编码的基因组能够调节基因的开启和关闭,但具体细节研究者却不得而知。

近日,一项刊登在国际杂志PLoS ONE上的研究报告中,来自哥伦比亚大学医学中心的研究人员通过研究试图在巨大的非编码基因组中寻找诱发疾病的致病性突变,文章中,研究人员开发了一种名为Orion的新技术,该技术能够通过在人类基因组中进行搜寻来帮助标记可能含有促疾病发生的遗传改变的非编码基因组区域。

研究者Goldstein说道,我们能够利用Orion技术来帮助在患者机体中寻找测序技术无法找到的致病突变,Orion技术能够对1662名个体机体中的整个基因组进行对比分析,鉴别出人群之间发生微小改变的DNA片段,由于这些区域无法忍受改变,因此这对于研究人员后期研究至关重要;也就是说,相比耐受区域而言,不耐受区域所发生的突变很有可能会引发疾病,随后当研究人员对所鉴别出的非编码突变的位点进行图谱绘制时他们证实了该预测,在Orion所鉴别的不耐受区域中往往会存在更多突变。

此前深入探究非编码基因组的研究方法重点对多个物种机体中固定不变的非编码基因组进行分析,然而本文研究中研究人员所开发的Orion技术则能够鉴别出人类基因组中发挥重要新功能的特殊区域。Goldstein表示,Orion技术目前的开发并未彻底完成,随着更多基因组区域被测序,Orion搜索区域的分辨率也会明显改善。

最后研究者表示,目前我们对于Orion技术表示非常乐观,其将会作为一种有用的工具来帮助鉴别基因组中会影响罕见和常见疾病发生风险的基因突变。



doi:10.1038/nature23477



在一项新的研究中,来自美国国家卫生研究院(NIH)、乔治城大学医学院、纽约大学、纽约基因组中心、宾夕法尼亚大学、布罗德研究所和麻省理工学院的研究人员鉴定出癌症免疫疗法发挥作用所必需的基因,这解决了为何一些肿瘤不对免疫疗法作出反应,或者初始时作出反应但随着肿瘤细胞对免疫疗法产生抵抗力后不再作出反应的问题。相关研究结果于2017年8月7日在线发表在Nature期刊上,论文标题为"Identification of essential genes for cancer immunotherapy"。

论文通信作者、NIH癌症研究中心高级研究员Nicholas Restifo博士说,"很多人对癌症免疫疗法很感兴趣,特别是对转移性癌症患者而言。对免疫疗法作出反应是非常美妙的,但是理解为何一些患者不作出反应将有助我们为更多患者改进治疗。"

癌症免疫疗法依赖于T细胞来摧毁肿瘤。Restifo博士和他的同事们之前已证实灌注大量的T细胞能够触发患者中的癌症完全消退。他们和其他人已也证实T细胞能够直接识别和杀死肿瘤细胞。 然而,一些肿瘤细胞能够抵抗T细胞发起的攻击。为了研究这种抵抗产生的基础,这些研究人员试图鉴定出癌细胞中的哪些基因是它们被T细胞杀死所必需的。

通过研究一种黑色素瘤细胞系,这些研究人员利用一种被称作CRISPR的基因编辑技术敲除癌细胞中的单个基因。通过敲除人基因组中的每个已知的蛋白编码基因,随后测试这些经过基因修饰的黑色素瘤细胞对T细胞作出反应的能力,他们发现100多个基因可能在促进T细胞摧毁肿瘤中发挥着作用。

一旦这些研究人员鉴定出这些"候选"基因,他们便寻找进一步的证据来证实这些基因在癌细胞对T细胞介导的杀伤比较敏感中发挥着作用。为此,他们在来自癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas)的11000多种患者肿瘤中,研究了"细胞杀伤活性(cytolytic activity)"方面的数据,或者表明癌细胞对T细胞作出反应的遗传图谱。他们发现在CRISPR筛选中鉴定出的多个基因是肿瘤细胞对T细胞作出反应所必需的,这是因为它们确实与患者肿瘤样品中对肿瘤细胞的杀伤活性相关联。

其中的一个基因是APLNR。这个基因编码一种被称作apelin受体的蛋白。尽管人们已猜测它促进一些癌症产生,但是这是首次表明它在癌症对T细胞作出的反应中发挥作用。进一步对来自免疫疗法抵抗性的患者的肿瘤开展的研究表明apelin是手提在一些肿瘤中是没有功能性的,这表明缺乏这种蛋白可能限制肿瘤对免疫疗法作出的反应。

论文第一作者Shashank Patel博士说,这些结果表明"比我们起初预计的更多的基因在指示癌症免疫疗法是否取得成功中发挥着至关重要的作用。"

这些研究人员写道,这个基因列表可能作为研究肿瘤对基于T细胞的癌症疗法产生抵抗力的蓝图。Restifo注意到,如果这组基因在临床试验中得到验证,那么这些数据可能最终为病人开发出更多的有效的疗法。

他说,"如果我们能够真正地理解肿瘤对免疫疗法产生抵抗力的机制,那么我们可能能够开发新的疗法。事实上,在未来,这种知识可能加快一类新的药物,这些药物能够克服肿瘤的这些逃避机制,从而有助患者经历完全缓解。"



doi:10.1016/j.ymthe.2017.04.027



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。"



DOI: 10.1016/j.stem.2017.06.016



近日,一项发表在Cell Stem Cell杂志上的一篇研究报告中,来自芝加哥大学的研究人员通过研究克服了限制基因疗法的瓶颈,文章中,研究人员阐明了如何利用皮肤移植的方法来促进基因疗法治疗多种人类疾病。

研究者Xiaoyang Wu博士表示,经过皮肤移植的基因疗法或能帮助有效治疗两种常见的疾病:2型糖尿病和肥胖症;这项研究中,研究人员设计出了具有完整免疫系统的小鼠-小鼠皮肤移植模型,这个平台或能支持在小鼠甚至在人类机体中进行安全和可持久的基因疗法;研究者表示,工程化的皮肤移植或能在完整免疫系统的野生型小鼠中存活时间较长,而且皮肤移植的成功率能够达到80%以上。

研究人员重点对糖尿病进行了相关研究,首先他们插入了编码胰高血糖素样肽1(GLP1)的基因,这种激素能够刺激胰腺分泌胰岛素,额外的胰岛素则会从血液中移除过量的葡萄糖,从而抑制疾病并发症的出现,GLP1也能够减缓胃排空的时间并且降低机体食欲。随后研究人员利用CRISPR工具对GLP1基因进行了修饰,当研究者插入能够延长血液中激素半衰期的突变后,就能够将修饰后的基因同抗体片段融合以便这些抗体能够在血液中循环较长时间。

同时研究者还加入了一种诱导启动子,其能够促进GLP1基因的表达进而产生更多GLP1肽类,当需要时研究者还会将这种启动子暴露于抗生素多西环素下,随后研究者就能够将基因插入皮肤细胞并且让这些细胞在培养基中生长;当将培养中的细胞暴露于实验室中的空气-液体界面时,细胞就会分层从而产生皮肤样的类器官,下一步,研究者将这种在实验室中生长的基因改良皮肤移植到完整免疫系统的小鼠机体中,小鼠并不会表现出对移植皮肤的任何排斥反应。

当小鼠摄入含有少量多西环素的食物时就会在血液中释放出剂量依赖水平的GLP1,这或许就会迅速增加小鼠机体血液中胰岛素的水平并且降低血糖的水平;当研究者给予正常或基因改良小鼠喂食高脂肪饮食时,其均会快速增加体重,随后变得肥胖;而当正常和基因改良小鼠在摄入高脂肪饮食同时再摄入不同水平的多西环素时,正常小鼠会长脂肪,而表达GLP1的小鼠则会表现出体重降低。GLP1的表达会降低血糖水平并且降低机体对胰岛素的耐受性。研究者表示,本文研究表明,利用诱导GLP1表达的皮肤基因疗法或能用作治疗或预防饮食诱导的肥胖及病理学表现,当将基因改良的人类细胞移植到免疫系统受限的小鼠机体中时也会表现出同样的效应,因此,这种用作GLP1分泌的皮肤基因疗法具有一定的实际意义和临床意义。

最后研究者Wu说道,我们认为这项经皮肤移植的基因疗法或能帮助治疗多种人类疾病,其能够用来运输治疗性的蛋白质,移除遗传缺陷人群机体中错误的蛋白质,比如血友病等,同时其还能作为一种代谢库,移除多种毒素类物质。皮肤祖细胞具有多种特性,非常适合进行基因疗法,而且人类皮肤也是机体中最大最可用的器官,非常容易进行监测。如果有必要的话,移植的皮肤也能够被很快移除,皮肤细胞能够快速增殖并且被移植,而且这种操作也是非常安全、创伤性较小且价格并不高。



doi:10.1016/j.cell.2017.06.010



在一项新的研究中,来自美国哈佛大学-麻省理工学院布罗德研究所(以下称布罗德研究所)和达纳-法伯癌症研究所的研究人员构建出肿瘤细胞存活所依赖的基因的综合图谱。相关研究结果发表在2017年7月27日的Cell期刊上,论文标题为"Defining a Cancer Dependency Map"。

这个由布罗德研究所和达纳-法伯癌症研究所发起的项目旨发现肿瘤细胞存活和生长所依赖的基因。

英国伦敦癌症研究所药物发现专家Paul Workman教授(未参与这项研究)说,"这项重要的研究阐明了人癌细胞如何依赖于特定的基因。鉴定出的这些基因可能是发现新的靶向疗法的药物开发靶标。"

这项研究人员研究了代表着20多种癌症的500多种不同的人癌细胞系。这些癌细胞系是科学家们能够在实验室中持续培养的细胞,而且他们研究了关闭上千个基因的影响。

他们发现这些癌细胞存活所依赖的769个基因。

尽管这些基因当中的大多数对特定癌症是特异性的,但是大约10%的基因在几种癌症中发现到。这提示着这些核心基因可能在多种癌症中发挥着重要的作用。

尽管这些研究人员采用大量的癌细胞系作为实验对象,但是他们和其他的研究人员强调还需开展更大的追踪研究来构建完整的图谱。

Workman.说,"正如这些研究人员所说的那样,我们需要更大的国际化努力来构建完整的癌症依赖图谱。"

"这些研究人员采用的这种创新性方法也会降低产生错误结果的可能性,而在过去的类似研究中,这一问题困扰着不少人。"

这些研究人员也发现预测这种依赖性的最好方法就是研究基因活性模式,而不是着重关注单个基因是否存在缺陷。这一发现是令人吃惊的。

Workman说,这些基因活性模式可能被用来鉴定可能从基于肿瘤遗传特征开展的靶标疗法中获益的患者。(生物谷 Bioon.com)

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