Nature：重大进展！利用碱基编辑有望治疗镰状细胞病( 二 )

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HBBS→HBBG碱基编辑减轻小鼠SCD模型的病理。图片来自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03609-w 。在这项新的研究中，这些作者使用了所谓的腺嘌呤碱基编辑器（adenine base editor）ABE8e-NRCH ，这是Liu实验室开发的一种分子工具，可以靶向特定的基因序列，将DNA碱基对A-T转换为G-C ，从而在单对核苷酸的水平上改变一个基因。该研究中使用的碱基编辑器由实验室进化的Cas9蛋白变体（一种CRISPR相关蛋白，将碱基编辑器定位在基因组中发生突变的HBB位点）和一种实验室进化的将目标碱基A转换为碱基C的酶（即TadA-8e）组成。这种碱基编辑器还引导细胞修复互补的DNA链，完成目标A-T碱基对向G-C的转换。
在SCD中，编码 β-珠蛋白第6位氨基酸的 GAG (Glu) 密码子突变为致病性的 GTG (Val)密码子。虽然ABE8e-NRCH不能逆转这种单碱基变化，但是它可以将这种致命性的GTG密码子中的T转化为C ，从而将这种危险的血红蛋白转化为一种自然发生的称为“望加锡血红蛋白（hemoglobin Makassar）”的非致病性变体。
在模型中进行编辑
这些作者首先将ABE8e-NRCH导入从人类SCD患者体内分离出的造血干细胞。在这些实验中，高达80%的致病性血红蛋白变体被成功编辑成良性的望加锡血红蛋白，而且这种碱基编辑器极少导致血红蛋白发生不想要的变化。
他们随后将这些经过碱基编辑的造血干细胞移植到SCD小鼠模型中，观察它们在活体动物中的功能。 16周后，这些经过碱基编辑的造血干细胞仍然产生健康的血细胞。
论文共同第一作者、布罗德研究所的Gregory Newby解释说， “在移植16周后，在造血干细胞中保持的编辑总频率为68%--毕竟，这些干细胞可能在它们的两个HBB基因拷贝或者只在它们的一个拷贝中发生编辑，或者在它们的两个拷贝中都没有发生编辑。我们特别兴奋地观察到，近90%的造血干细胞至少含有一个经过编辑的HBB拷贝（下称编辑拷贝）。即使是那些只有一个编辑拷贝的造血干细胞也似乎受到了保护，不会出现病变。 ”
在另一组实验中，这些作者从携带人SCD HBB变体的小鼠身上提取造血干细胞，对它们进行碱基编辑，并将碱基编辑后的造血干细胞移植到另一组受体小鼠身上。移植了未经碱基编辑的造血干细胞的对照组小鼠显示出典型的症状：镰状红细胞，红血球寿命短的后果，以及脾脏肿大。相反，与对照组相比，移植了碱基编辑过的造血干细胞的小鼠在每个测试的疾病指标上都有所改善，观察到的所有测量的血液参数与健康小鼠几乎没有区别。
最后，为了证实目标造血干细胞遭受持久编辑，这些作者进行了二次移植：从16周前接受过碱基编辑的造血干细胞移植的小鼠中抽取骨髓，随后将骨髓中的造血干细胞转移到一组新的小鼠体内。在这个新的小鼠队列中，经过碱基编辑的造血干细胞继续与健康的造血干细胞表现相似，从而证实了碱基编辑的效果是持久的。他们还证实，对至少20%的致病性HBB基因进行碱基编辑足以将SCD小鼠模型的血液指标维持在健康水平。