利用Prime编辑修饰的患者血干细胞成功移植并拯救镰状细胞贫血小鼠

近期，来自Broad Institute的David Liu博士实验室和St. Jude Children’s Research Hospital的Jonathan Yen博士实验室的新研究表明，Prime Editing不仅可以修复患者的造血干细胞和祖细胞中的镰状细胞贫血（SCD）突变，而且这些Prime Edit细胞还可以移植并帮助治疗小鼠的遗传性血液疾病。这些发现是首次建立治疗性HSPCs Prime Editing，意味着Prime Editing和移植患者的HSPCs可能代表了一次性自体治疗SCD和其他血液疾病的有前途的治疗策略。

“这些结果显示出了对造血干细胞的高效Prime Editing，而且Prime Edit细胞仍保持了它们在动物体内移植和再生骨髓的全部能力，”高级和共同通讯作者Liu说道，他的实验室于2019年发明了Prime Editing。“将Prime Editing的“查找和替换”多功能性引入到造血干细胞中，就提高了将这种技术应用于治疗涉及血液细胞的广泛疾病的可能性。”

这项研究名为“外体Prime Editing患者造血干细胞在小鼠移植后挽救了镰状细胞病表型”，已发表在《Nature Biomedical Engineering》上。

虽然HSPCs的同种异体移植是SCD唯一获FDA批准的治疗方法，但大多数患者缺乏合适的供体，并且该程序与严重的副作用如移植物抗宿主病和移植物排斥等有关。使用患者自身的HSPCs可以避免免疫并发症和需要组织兼容的供体的需要。

目前有几种治疗自体Sickle细胞贫血干细胞（HSPCs）的策略正在进行临床试验中，目前尚不清楚哪种策略对患者最安全有效。BlueBird Bio的方法基于慢病毒表达β-类珠蛋白，可以减少SCD突变（HbS），其他方法包括使用基因组编辑核酸酶或碱基编辑酶激活γ-珠蛋白基因转录以诱导胎儿血红蛋白（HbF）。采用这种方法，Vertex和CRISPR Therapeutics在4月初向FDA提交了首个CRISPR治疗Sickle细胞贫血的申请，预计在8至12个月内做出监管决定。

理想的Sickle细胞贫血治疗方法应该是永久恢复SCD等位基因为野生型，同时产生极少的有害基因组改变或细胞状态改变。由于Prime编辑将目标DNA片段替换为指定的新序列，长度可达数百个碱基对，因此它可以直接在活体细胞和动物的基因组中安装定向插入、删除和任何碱基对替换，而无需双链断裂（DSBs）。

Prime编辑策略的另一个特点是不需要DNA输送、病毒转导或药物筛选来富集编辑细胞。HDR和基因治疗需要DNA输送，但也可能导致毒性增加、着床频率降低或插入性突变。考虑到Graphite Bio关于CEDAR试验的消息，这一点非常重要——一项使用Cas9核酸酶引发同源重组修复（HDR）和腺相关病毒类型6（AAV6）传递的DNA模板来纠正SCD突变的临床试验因一位患者出现输血依赖性全血细胞减少而被停止。

经注射后，为了最小化体外多潜能细胞的损失，在解冻后编辑的细胞有效地移植到动物体内，17周后移植到免疫缺陷小鼠体内的prime-edited SCD HSPCs维持着与健康供体未编辑的HSPCs相似的HBBA水平、移植效率、造血分化和谱系成熟。 观察到的HbS减少，野生型（HbA）的增加和减少变形倾向性暗示着已超过SCD患者治疗获益所需的预测水平。“我们在长期血干细胞中优化了prime editing，并表明在具有临床相关系统的动物中，prime editing细胞保持了完整的移植效率，”共同通讯作者Yen说道。

这项研究也为治疗许多血液病打开了大门。“我们已经确定了可能是遗传性贫血下一波疗法的方向，”共同作者Mitchell Weiss博士表示，“我们采用了最新的基因工程技术，并表明我们可以进行有意义的基因编辑来进行未来的治疗。” 虽然prime editing具有治愈更多遗传性疾病的潜力，但需要进行广泛的制造开发、工艺优化和安全评估才能使其进入临床应用。但是，这已经证明了概念的可行性。

参考资料：

[1]Kelcee A. Everette et al. Ex vivo prime editing of patient haematopoietic stem cells rescues sickle-cell disease phenotypes after engraftment in mice. Nature Biomedical Engineering（2023）

[2]https://www.broadinstitute.org/news/prime-editing-shows-proof-concept-treating-sickle-cell-disease

编辑：周敏

排版：李丽