2019年9月11日，北京大學-清華大學生命科學聯合中心鄧宏魁研究組、解放軍總醫院第五醫學中心陳虎研究組及首都醫科大學附屬北京佑安醫院吳昊研究組合作在《新英格蘭醫學雜志》（The New England Journal of Medicine）發表了題為“利用CRISPR基因編輯的成體造血干細胞在患有艾滋病合并急性淋巴細胞白血病患者中的長期重建”（“CRISPR-Edited Stem Cells in a Patient with HIV and Acute Lymphocytic Leukemia”）的研究論文，建立了基于CRISPR在人成體造血干細胞上進行CCR5基因編輯的技術體系，實現了經基因編輯后的成體造血干細胞在人體內長期穩定的造血系統重建。在成體造血干細胞上的基因編輯并不會對其他組織器官及生殖系統產生影響。該工作初步證明了基因編輯的成體造血干細胞移植的可行性和在人體內的安全性，將會促進和推動基因編輯技術在臨床應用領域的發展。
自二十世紀八十年代以來，艾滋病造成了重大的公共衛生問題和社會問題。1996年，艾滋病領域研究取得了里程碑式進展，HIV入侵T細胞的主要共受體CCR5被發現（鄧宏魁教授是主要發現者之一）。隨后的研究發現，CCR5基因呈缺陷型（CCR5-Δ32）的人群不會被R5嗜性HIV病毒感染。2007年，一名同時患有白血病和艾滋病的“柏林病人”在接受具有CCR5-Δ32突變的造血干細胞移植后，血清中的HIV病毒得到有效清除，實現了艾滋病的“功能性治愈”。因此，通過基因編輯敲除成體造血干細胞上CCR5基因，再將編輯后的細胞移植到艾滋病患者體內有可能成為“功能性治愈”艾滋病的新策略。
如何在造血干細胞中進行高效基因編輯一直是該領域實現臨床應用的關鍵瓶頸。2017年，鄧宏魁研究組建立了利用CRISPR/Cas9進行人造血干細胞基因編輯的技術體系。經過基因編輯后的人造血干細胞在動物模型中長期穩定地重建人的造血系統，其產生的外周血細胞具有抵御HIV感染的能力，該研究成果發表在MolecularTherapy雜志。為了實現該技術在臨床上的應用，在此基礎上進行了一系列的優化：1）建立了能進行基因編輯造血干細胞的預處理培養方法；2）通過非病毒轉染的方式將Cas9-gRNA核糖核蛋白復合體遞送進細胞，規避了外源DNA的引入；3）縮短了Cas9在細胞內的持續時間，從而極大的降低了脫靶效應；4）引入了配對的gRNA策略，并對使用的gRNA進行了截短及修飾，在提高基因編輯效率的同時也降低脫靶效率。
基于此優化技術體系，在通過原解放軍第307醫院倫理委員會審批后，該研究組進行了ClinicalTrials.gov網站上臨床研究注冊（NCT03164135）。研究組將CCR5敲除后的供者來源的CD34+成體造血干細胞回輸到患有白血病合并艾滋病的患者體內，進行了長達兩年的移植重建及基因編輯效果的評價。研究結果發現：1）在供者來源的CD34+細胞上實現了17.8%的CCR5基因敲除效率；2）移植后4周，患者白血病處于完全緩解狀態，供者型骨髓細胞嵌合率達100%；3）經過長達19個月的隨訪發現，患者白血病處于持續完全緩解狀態，供者型細胞完全嵌合，骨髓細胞中能夠持續檢測到CCR5基因編輯；4）為了初步探索治療的有效性，對該患者短暫停止服用抗HIV病毒藥物。在短暫停藥期間，CCR5基因編輯的T細胞表現出一定程度抵御HIV感染的能力；5）19個月的觀察中并未發現基因編輯造成的脫靶及其他副作用。這些結果表明，基于CRISPR的成體造血干細胞基因編輯技術能夠在患者體內實現長期穩定的基因編輯效果，經過編輯后的成體造血干細胞能夠長期重建人的造血系統。
基因編輯的造血干細胞移植流程圖
在成體造血干細胞上的基因編輯只局限在造血干細胞及其分化產生的血細胞中，而不會對其他組織器官及生殖系統產生影響。以CRISPR為代表的基因編輯技術在疾病的治療上具有極大的應用潛力，有望為艾滋病、鐮刀型貧血、血友病、β地中海貧血等血液系統相關疾病的治療帶來新的曙光。本研究針對基因編輯安全性和有效性進行了一系列的優化，首次在人體內探索了基因編輯的造血干細胞移植的可行性和安全性，對于推動基因編輯技術治療多種疾病的臨床研究具有重要參考價值。在今后的研究中，進一步提高基因編輯效率及優化移植方案，有望加速基因編輯造血干細胞移植技術向臨床疾病治療轉化進程。
本工作獲得了北京市科學技術委員會基金及天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室等基金的大力支持。北京大學鄧宏魁教授，解放軍總醫院第五醫學中心陳虎教授及北京佑安醫院吳昊教授為該論文的共同通訊作者。徐磊博士、王軍博士、博士生劉宇林及謝良福為該論文的共同第一作者。北京大學李程教授，博士生王龍騰為該研究作出了重要貢獻。（陳虎教授是全國造血干細胞移植領域的領軍人物，在該研究中起到了關鍵作用。不幸的是，陳虎教授于2019年7月24日因病逝世，這項工作的發表也是對陳虎教授最真摯的緬懷。）
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