鐮狀細(xì)胞貧血癥（鐮狀細(xì)胞?。┦且环N遺傳性血紅蛋白病，主要特征表現(xiàn)為慢性貧血，周期性發(fā)作疼痛和其他并發(fā)癥。當(dāng)前的主要治療手段包括服用抗生素、輸血或骨髓移植（造血干細(xì)胞移植）、基因治療等。

其中，基因治療被視為治愈鐮狀細(xì)胞貧血癥最有希望的治愈方法。目前的基因替代治療和基因編輯治療都需要進(jìn)行骨髓移植，且兩種方案的治療過程中也都會(huì)涉及到化療或放療，存在顯著的毒副作用。同時(shí)，這兩種方式成本高，治療價(jià)格昂貴，一定程度上也限制了可及性。

【資料圖】

近日，賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院和費(fèi)城兒童醫(yī)院（CHOP）提出了一種直接在體內(nèi)重新編程骨髓干細(xì)胞（bone marrow stem cells）的策略，通過靜脈注射 LNP（脂質(zhì)納米顆粒）將 mRNA 遞送到骨髓干細(xì)胞，可以在無需移植骨髓的情況下直接在患者體內(nèi)編輯和糾正骨髓細(xì)胞中的突變基因。

具體來說，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于 mRNA 的體內(nèi)基因編輯療法，即 CD117/LNP-mRNA，CD117 是一種造血干細(xì)胞表面的干細(xì)胞因子受體。這種新療法由 LNP 和基因編輯工具 mRNA 組成，LNP 上添加了 CD117 受體的抗體，這樣經(jīng)過修飾的 LNP 可精確靶向造血干細(xì)胞（HSC），從而將 mRNA 遞送到靶細(xì)胞中。

（來源：Science）

在體外試驗(yàn)中，CD117/LNP-mRNA 對(duì)鐮狀細(xì)胞貧血癥患者 HSC 的糾正率達(dá)到了約 90%；在小鼠體內(nèi)，該療法成功靶向并調(diào)節(jié)了 HSC 功能，并對(duì)造血干細(xì)胞移植（HSCT）實(shí)現(xiàn)了無基因毒性調(diào)節(jié)。這為造血干細(xì)胞移植提供了一種非基因毒性調(diào)節(jié)方案。

論文中提到，理論上，這種體內(nèi)基因編輯治療的方法可以降低成本，減少了體外修飾 HSC 的流程，有潛力為多種遺傳性疾病帶來更多治愈希望。

哈佛醫(yī)學(xué)院兒科教授兼霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員 Stuart Orkin 博士表示，“現(xiàn)有的基因替代/編輯方法難以減輕鐮狀細(xì)胞貧血癥或地中海貧血的負(fù)擔(dān)，如果這種體內(nèi)基因編輯治療方法能在臨床中表現(xiàn)出治療效果，在安全有效的前提下減輕患者負(fù)擔(dān)，那么這會(huì)是一個(gè)非常好的起點(diǎn)。

“mRNA-LNP 是一個(gè)高度模塊化的平臺(tái)”

本次的研究建立在研究團(tuán)隊(duì) 2022 年 1 月發(fā)表的研究基礎(chǔ)之上。此前，該研究團(tuán)隊(duì)中的 Tyler E. Papp 、Drew Weissman和 Hamideh Parhiz 參與了基于 mRNA 在體內(nèi)編輯 T 細(xì)胞生成 CAR- T 細(xì)胞的研究。這幾位研究員也是同一個(gè)研究小組的成員，這一研究小組還包括 Jonathan Weissman 博士和 Carl June 博士。

2022 年 1 月，這篇研究發(fā)表在了Science的雜志封面文章中。研究團(tuán)隊(duì)在論文中介紹了一種可在體內(nèi)瞬時(shí)生成的 CAR-T 細(xì)胞療法，這種方式將身體本身變成了一個(gè)可以選擇性重編程 T 細(xì)胞的工廠。即無需將 T 細(xì)胞取出體外，通過 LNP 遞送到體內(nèi)的 mRNA 重編程 T 細(xì)胞，將其轉(zhuǎn)化為可以攻擊心臟成纖維細(xì)胞的 CAR-T 細(xì)胞（FAP-CAR-T 細(xì)胞）。

在研究中，瞬時(shí)產(chǎn)生的 CAR-T 細(xì)胞明顯減少小鼠心臟的纖維化，并恢復(fù)了心臟的大小和功能。

（來源：Science）

Tyler E. Papp 指出，“這種 mRNA-LNP 方法的優(yōu)點(diǎn)在于，這是一個(gè)高度模塊化的平臺(tái)，我們能夠通過修飾 LNP 的表面特異性靶向某些細(xì)胞類型，也可以修改 mRNA 有效載荷在體內(nèi)表達(dá)不同的治療效果。我們認(rèn)為利用這種方式可以設(shè)計(jì)個(gè)性化治療，并對(duì)副作用進(jìn)行更可控的調(diào)控。”

論文中還提到，細(xì)胞特異性靶向的 LNP 封裝 mRNA 治療/編輯工具作為一種平臺(tái)技術(shù)，可用于許多需要精確靶向促進(jìn)體內(nèi)重編程細(xì)胞的疾病。

當(dāng)時(shí)的研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用 LNP 將 mRNA 靶向遞送到 T 細(xì)胞并在體內(nèi)生成了 CAR-T，用于治療心臟損傷。值得一提的是，Carl June 和Drew Weissman等人已經(jīng)推進(jìn)了轉(zhuǎn)化工作，他們作為科學(xué)創(chuàng)始人聯(lián)合創(chuàng)辦了細(xì)胞療法初創(chuàng)公司 Capstan Therapeutics，該公司正在基于 mRNA 在體內(nèi)誘導(dǎo) T 淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)存在的治療性 CAR - T 細(xì)胞。公開資料顯示，這家成立兩家的公司已經(jīng)籌集了 1.65 億美元融資。

在最新的研究中，研究團(tuán)隊(duì)持續(xù)優(yōu)化了 mRNA-LNP 模塊化平臺(tái)并瞄準(zhǔn)了血液系統(tǒng)疾病，包括鐮狀細(xì)胞貧血癥。

流程更簡(jiǎn)化，成本更低

造血干細(xì)胞存在于成年人的骨髓中，特別是在骨盆、股骨和胸骨中，其是血液系統(tǒng)中的“種子”細(xì)胞。這些細(xì)胞在人的一生中不斷分裂，產(chǎn)生血液和免疫系統(tǒng)中的所有細(xì)胞。在患有鐮狀細(xì)胞貧血癥和免疫缺陷病等非惡性造血疾病的患者中，這些血細(xì)胞由于攜帶基因突變而無法正常發(fā)揮作用。

對(duì)于這些患者，兩種潛在的治愈方法包括造血干細(xì)胞移植和基因編輯治療。這兩種方法都需要骨髓移植，一種使用來自健康捐獻(xiàn)者的造血干細(xì)胞進(jìn)行干細(xì)胞移植，另一種在體外對(duì)患者自身的造血干細(xì)胞進(jìn)行基因改造然后回輸進(jìn)行治療。這些治療過程中通常會(huì)出現(xiàn)毒副作用，因此需要研究毒性較小的方法。

體內(nèi)基因編輯是減輕毒副作用的一種方式，造血干細(xì)胞的體內(nèi)基因編輯更被認(rèn)為是 HSC 基因治療的“圣杯”。這種方法通過將基因編輯工具直接注入患者體內(nèi)，無需預(yù)處理方案，即可編輯和糾正 HSC。

在最新的研究中，研究團(tuán)隊(duì)將靶向遞送平臺(tái)技術(shù)、mRNA 治療和基于 RNA 的基因編輯工具相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了一種體內(nèi)基因編輯療法 CD117/LNP–mRNA。論文中提到，與目前可用的技術(shù)相比，靶向 mRNA 編碼的基因組編輯方法可以控制表達(dá)，提高編輯效率，并且可能更安全地修飾體內(nèi)基因組。

具體來說，為了增加靶向效率以及特異性靶向細(xì)胞類型，研究人員在 LNP 上通過修飾添加了 HSC 表面 CD117 受體的抗體，提高了靶向 HSC 的效率，能夠精準(zhǔn)靶向 HSC，有點(diǎn)像“升級(jí)版”的 LNP。經(jīng)過修飾的 LNP 也意味著這種治療方法主要針對(duì)骨髓中的細(xì)胞，而非靶向全身分布的其他細(xì)胞；mRNA 是編碼包含基因編輯核酸酶 Cas9 蛋白在內(nèi)的基因編輯工具的一段序列，mRNA 進(jìn)入體內(nèi)會(huì)翻譯成基因編輯工具，編輯工具會(huì)將鐮狀細(xì)胞貧血癥患者體內(nèi)造血干細(xì)胞中的突變致病基因糾正為正常基因。

“理論上，我們?cè)O(shè)計(jì)的體內(nèi)基因編輯方法可以替換突變基因或糾正這種突變基因，并為鐮狀細(xì)胞貧血癥患者提供一種更安全高效的治療方法，且不會(huì)出現(xiàn)造血干細(xì)胞移植（HSCT）帶來的一系列問題，比如移植物抗宿主?。℅VHD）。”論文作者之一Michael P. Triebwasser說，他的重點(diǎn)關(guān)注方向是基于血紅蛋白病、骨髓衰竭綜合征和免疫缺陷等非惡性造血疾病的治療，并專注于開發(fā)基因藥物以及非病毒遞送系統(tǒng)。

費(fèi)城兒童醫(yī)院 (CHOP) 的資深作者Stefano Rivella博士在接受外媒采訪時(shí)指出，“最重要的是，現(xiàn)在如果做基因治療，尤其是對(duì)于骨髓中的干細(xì)胞，通?；拘枰獔?zhí)行三個(gè)步驟：取出細(xì)胞、修飾細(xì)胞，然后擴(kuò)增回輸進(jìn)體內(nèi)。我們這種方法的優(yōu)點(diǎn)就在于可以實(shí)現(xiàn)通過一次性注射對(duì)細(xì)胞直接完成基因修飾和改造，可以減少流程，直接將基因編輯工具遞送給骨髓細(xì)胞?；颊呱踔翢o需在醫(yī)院待一天，只需去診斷打針然后回家，成本會(huì)更低，對(duì)接受治療的患者也更友好。”

接下來，研究人員采用多種方式驗(yàn)證 CD117/LNP–mRNA 療法的功效。他們測(cè)試了 CD117/LNP 封裝的 mRNA，研究顯示 mRNA 可以正常表達(dá)并實(shí)現(xiàn)基因編輯效果；緊接著，研究人員探索了這種方法是否可以應(yīng)用于血液疾病治療，他們?cè)阽牋罴?xì)胞貧血癥患者提供的造血干細(xì)胞中測(cè)試了效果，結(jié)果表明，在體外試驗(yàn)中，CD117/LNP-mRNA 促進(jìn)了有效的基因編輯，且經(jīng)過編輯之后，功能性血紅蛋白相應(yīng)增加了 91.7%。后續(xù)，研究團(tuán)隊(duì)還證明經(jīng)過編輯后幾乎完全糾正了鐮狀細(xì)胞。

然后，研究團(tuán)隊(duì)探索了 LNP 是否可以用于體內(nèi)調(diào)節(jié)，利用 CD117/LNP 封裝 PUMA 的 mRNA，PUMA 是 p53 上調(diào)凋亡調(diào)節(jié)劑。在一系列的體外、離體和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，體內(nèi)靶向 CD117/LNP-PUMA mRNA 有效地耗盡了 HSC，允許輸注和吸收新的骨髓細(xì)胞。在動(dòng)物模型中觀察到的移植率與報(bào)道中使用健康供體骨髓細(xì)胞足以治愈嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷（SCID）的移植率一致，表明該技術(shù)也可用于嚴(yán)重免疫缺陷。

（來源：Science）

“通過初步的概念驗(yàn)證，我們認(rèn)為這項(xiàng)研究可能會(huì)潛在改變基因治療，這使得我們可以最低的風(fēng)險(xiǎn)在體內(nèi)進(jìn)行細(xì)胞類型特異性的基因修飾，也讓血液干細(xì)胞操作成為可能，還為糾正不同單基因疾病提供了一個(gè)模塊化的平臺(tái)。未來，這種新型的遞送系統(tǒng)可能會(huì)幫助更多基因和生物醫(yī)學(xué)的研究轉(zhuǎn)化為治療方法，治療更多疾病。