如何用基因治疗镰刀型细胞贫血症？~试管代生孩子

人类在遗传医学的发展中又迈出了重要一步，费城儿童医院和宾夕法尼亚大学Perelman医学院的研究人员开发出了一种以RNA为基础的证明原理模型，用于治疗血液疾病。这种模型允许直接在体内修改病变的血细胞。如果应用到临床，这种方法可能扩大对血液疾病基因疗法的可及性，同时降低疗法的费用，目前很多血液疾病疗法需要患者接受化疗和干细胞移植。这些研究结果已经发表在 Science 期刊上。

Stefano Rivella博士，费城儿童医院的Kwame Ohene-Frempong镰状细胞贫血症主席和儿科教授表示，“目前，如果你想通过基因疗法治疗血液疾病，如镰状细胞病和β地中海贫血，患者必须接受化疗等条件治疗，以为新的、修正的血细胞腾出空间，这既昂贵又有风险。在我们的论文中，我们证明了有可能直接在体内用修正的细胞替换病变的血细胞，实现'一次性'治疗，无需进行骨髓抑制性调节治疗，简化了这些可能改变生活的治疗方法的传递。这是我们对遗传疾病治疗理念的一大进步，可能扩大基因疗法对最需要它们的患者的可及性。”

Hamideh Parhiz博士，宾大传染病研究助理教授和高级作者表示，“靶向将mRNA编码的治疗药物送到特定的组织和细胞类型，将对未来用核酸治疗疾病的方式产生巨大影响。在我们的研究中，我们提供了一个特定的靶向脂质纳米颗粒封装mRNA疗法/编辑器的平台技术，可以用于许多需要精确靶向基因疗法的疾病的体内细胞重编程。在这里，我们将这种靶向平台与mRNA疗法和基于RNA的基因组编辑工具的进步结合起来，提供了一种新的控制造血干细胞命运和纠正遗传缺陷的方法。一种靶向的mRNA编码的基因组编辑方法可能导致受控的表达，高效的编辑，以及可能比目前可用技术更安全的体内基因组修改。”

研究团队通过使用液体纳米颗粒（LNP）传递mRNA基因编辑工具来验证这种方法。LNP在封装和向细胞传递mRNA方面非常有效，并在2020年得到了广泛应用，这归功于两种领先的COVID-19疫苗的LNP-mRNA平台。然而，对于COVID-19疫苗，LNP-mRNA构造并未针对体内的特定细胞或器官。考虑到研究人员希望特定地针对HSC他们在他们的实验性LNP的表面装饰了会识别HSC表面的CD117受体的抗体。然后他们采用了三种方法来测试他们的CD117/LNP配方的效果。

研究人员首先测试了封装报告者mRNA的CD117/LNP，以显示成功的体内mRNA表达和基因编辑。

然后，研究人员研究了这种方法是否可以用作血液疾病的治疗。他们测试了封装了针对引起镰状细胞病突变的cas9基因编辑器的mRNA的CD117/LNP。这种类型的基因编辑将疾病引起的血红蛋白突变转变为非疾病引起的变异体。在来自镰状细胞病患者的细胞上测试他们的构造体，研究人员显示，CD117/LNP在体外有效地促进了碱基编辑，导致功能性血红蛋白的对应增加高达91.7%。他们还展示了镰形细胞的近乎完全缺乏，这些镰形的血细胞是引起疾病症状的原因。

最后，研究人员探索了是否可以使用LNP进行体内调节，这将允许在不需要化疗或放疗的情况下消耗骨髓。为此，他们使用封装了PUMA mRNA的CD117/LNP，PUMA是一个促进细胞死亡的蛋白质。在一系列体外，离体和体内实验中，研究人员表明，CD117 / LNP-PUMA的体内靶向有效地消耗了HSC，允许成功输注和摄取新的骨髓细胞，这一过程称为植入，无需化疗或放疗。在动物模型中观察到的植入率与据报道足以使用健康供体骨髓细胞治愈严重联合免疫缺陷（SCID）的植入率一致，这表明该技术可用于严重免疫缺陷。

费城儿童医院血液学部研究助理教授Breda博士表示，“这些发现可能会改变基因治疗，不仅允许细胞类型特异性基因在体内以最小的风险进行修饰，这可能允许以前不可能操纵血液干细胞生理学，而且还提供了一个平台，如果调整得当，可以纠正许多不同的单基因疾病。这种新颖的输送系统可能有助于将数十年的协同遗传和生物医学研究的承诺转化为消融各种人类疾病。”

造血干细胞（HSC）是个体一生中所有血细胞的来源。通过造血干细胞移植（HSCT），可以用基因工程或健康的造血干细胞替代患病的造血干细胞。然而，当前的协议具有重大副作用并且访问权限有限。研究人员开发了 CD117/LNP-mRNA，这是一种封装mRNA的脂质纳米颗粒，并靶向HSC上的干细胞因子受体（CD117）。基于抗人CD117/LNP的编辑系统的交付对造血镰状细胞产生了近乎完全的校正。此外，促凋亡PUMA（p53上调凋亡调节剂）mRNA与CD117/LNP的体内递送影响了HSC功能，并允许对HSCT进行非基因毒性调节。体内靶向HSC的能力为HSCT提供了一种无基因毒性的调理方案，该平台可能成为体内基因组编辑治疗遗传性疾病的基础，从而消除对 HSCT 的需求。

Reference:

Laura Breda, Tyler E. Papp, Michael P. Triebwasser, Amir Yadegari, Megan T. Fedorky, Naoto Tanaka, Osheiza Abdulmalik, Giulia Pavani, Yongping Wang, Stephan A. Grupp, Stella T. Chou, Houping Ni, Barbara L. Mui, Ying K. Tam, Drew Weissman, Stefano Rivella, Hamideh Parhiz. In vivo hematopoietic stem cell modification by mRNA delivery. Science, 2026; 381 (6656): 436