盡管第一種CRISPR藥物——由Vertex Pharmaceuticals和CRISPR Therapeutics研發(fā)的CRISPR-Cas9療法，前身為exa-cel，已在英國獲得治療鐮狀細胞病的批準，但對改進基因編輯器的探索仍然在繼續(xù)。

為了最小化基因編輯的非靶效應(yīng)，武漢大學(xué)的研究人員測試了一種新型基因編輯方法，使用了“變形金剛”堿基編輯器（tBE）來優(yōu)化Casgevy用于治療鐮狀細胞病和其他β-血紅蛋白病的相同治療策略。tBE具有“保險絲”機制，使編輯器在執(zhí)行編輯時關(guān)閉，從而在顯著減少非靶編輯的同時實現(xiàn)靶向編輯。使用tBE進行Casgevy基因編輯方法的研究顯示，非靶效應(yīng)不可檢測，攜帶編輯的造血干細胞（HSCs）持久存在，展示了治療β-血紅蛋白病的安全有效策略。

這項研究成果發(fā)表在《Cell Stem Cell》上，題為“HBG啟動子的堿基編輯誘導(dǎo)人HSCs中強大的胎兒血紅蛋白表達且無法檢測到的非靶突變”。

tBE用于β-血紅蛋白病 血紅蛋白亞基β（HBB）基因位點突變會通過抑制β-珠蛋白的產(chǎn)生而降低成人血紅蛋白（HbA）水平，是β-血紅蛋白病的常見原因。有各種基因編輯策略可用于糾正受損的β-珠蛋白產(chǎn)生。一種策略是通過在造血干/祖細胞（HSPCs）中恢復(fù)γ-珠蛋白表達，將HbA水平替換為胎兒血紅蛋白（HbF）水平，后者在發(fā)育過程中受到緊密調(diào)控，出生后不久即被與其啟動子區(qū)域結(jié)合的抑制因子沉默。

BCL11轉(zhuǎn)錄因子A（BCL11A）和鋅指和BTB結(jié)構(gòu)域含7A（ZBTB7A）是γ-珠蛋白基因表達的兩個主要抑制因子，負責(zé)其沉默。通過突變位于HBG基因座調(diào)控區(qū)的這些結(jié)合位點，可以重新激活γ-珠蛋白表達。Casgevy通過在HSPCs中應(yīng)用Cas9核酸酶來擾亂抑制因子結(jié)合位點，這依賴于產(chǎn)生雙鏈斷裂，從而在HSPCs中引發(fā)DNA損傷反應(yīng)和細胞毒性的風(fēng)險。

胞嘧啶或腺嘧啶堿基編輯器（CBEs或ABEs）可以在不生成雙鏈斷裂的情況下將C轉(zhuǎn)變?yōu)門或A轉(zhuǎn)變?yōu)镚。以前的研究使用基因編輯器瞄準調(diào)控基序成功誘導(dǎo)了γ-珠蛋白表達。然而，在分析非靶事件時，CBE和ABE都觸發(fā)了高非靶活性，引起了嚴重的安全擔(dān)憂。

武漢大學(xué)的研究人員直接比較了在HSPCs中應(yīng)用tBE進行HbF誘導(dǎo)的基因編輯與其他使用Cas9核酸酶或常規(guī)堿基編輯器（如hA3A-BE3，BE4max，CE1048-1063-CBE和A3A(N57Q)-BE3）的臨床或臨床前編輯策略。為了向細胞傳遞tBE，研究人員選擇了mRNA傳遞方法，使用等滲溶液而非電穿孔，因為電穿孔可能影響傳遞效率和細胞健康。與其他方法相比，tBE修改的BCL11A結(jié)合基序誘導(dǎo)了更高的HbF水平，而且編輯在再生的干細胞中持續(xù)存在。體外和細胞結(jié)合實驗顯示，tBE生成的TGATTA基序完全消除了其與BCL11A的相互作用。在tBE編輯的細胞中，DNA和RNA輪廓沒有檢測到非靶突變。

這項研究表明，基于tBE的編輯可以是在人類HSCs中重新激活γ-珠蛋白的一種強有力而非常有效的方式。它還表明，可以使用幾乎沒有非靶活性的mRNA傳遞，這是推進tBE在自體HSCs中的臨床開發(fā)作為治療β-血紅蛋白病的可能療法的強有力理由。

參考文獻：“Base editing of the HBG promoter induces potent fetal hemoglobin expression with no detectable off-target mutations in human HSCs”

編輯：周敏

排版：李麗