我國科學家成功利用CRISPR／Cas9靶向CCR5基因產生HIV抵抗力

　　一小部分人攜帶著基因CCR5（該基因編碼一種在免疫細胞表面上發現的受體）純合突變，這種純合突變抑制HIV侵入這些免疫細胞。如今，在一項新的研究中，為了模擬這種天然抵抗力，來自中國疾病預防控制中心、北京大學、解放軍307醫院、軍事醫學科學院和廣州軍區廣州總醫院的研究人員在人胎兒肝臟造血干/祖細胞（hematopoietic stem/progenitor cell, HSPC）中讓CCR5基因發生突變，并且證實在移植到小鼠體內后，這些HSPC細胞能夠阻斷HIV感染。相關研究結果發表在2017年8月2日的Molecular Therapy期刊上，論文標題為“CRISPR/Cas9-Mediated CCR5 Ablation in Human Hematopoietic Stem/Progenitor Cells Confers HIV-1 Resistance In Vivo”。

　　在美國天普大學路易斯-卡茨醫學院研究HIV感染的神經科學家KamelKhalili（未參與這項研究）說，“這些預期的觀察結果支持了之前的發現：靶向CCR5能夠阻止HIV復制和擴散。利用CRISPR進行基因編輯可能要比之前使用過的基因編輯工具更加便捷。”

　　這項研究并不是首次利用基因編輯破壞人HSPC細胞中的CCR5基因。在2010年發布的一項研究（Nature Biotechnology, doi:10.1038/nbt.1663）中，Paula Cannon和她的同事們利用鋅指核酸酶（ZFN）破壞這個基因，并且證實當在小鼠體內定植后，這些經過基因編輯的細胞能夠克隆增殖，并且保持這種CCR5缺失。之前的這項研究導致一項正在進行的在HIV感染者體內測試這種基因編輯方法的臨床試驗（NCT Number: 02500849）。

　　Khalili團隊之前已利用CRISPR將HIV從人基因組中切除（PNAS, doi:10.1073/pnas.1405186111），然而也有人研究了HIV如何躲避基于CRISPR的抗HIV治療（Cell Reports, doi:10.1016/j.celrep.2016.03.042）。迄今為止，在美國，還沒有基于CRISPR的基因編輯系統在臨床試驗中接受測試。

　　在這項新的研究中，解放軍307醫院造血干細胞移植科主任陳虎（Hu Chen）教授和北京大學干細胞研究中心主任鄧宏魁（Hongkui Deng）教授和他們的同事們利用CRISPR/Cas9破壞了CD34+HSPC細胞中的CCR5基因。他們證實他們的基因編輯效率為21%～28%，高于利用ZFN方法報道的基因編輯效率：17%。

　　這項研究是首次利用CRISPR在動物模型中成功地讓HSPC細胞發生持續長時間的CCR5突變。鄧宏魁教授和陳虎教授在他們聯合發送給《科學家》雜志的電子郵件中寫道，“CRISPR的優勢之一在于它具有較高的細胞轉染效率。”

　　在美國賓夕法尼亞大學研究HIV如何感染T細胞的James Riley（未參與當前的這項研究）注意到，這些作者們能夠靶向CCR5基因的一個區域，該區域與基因CCR2存在著顯著的差異，而且鑒于CCR2基因與CCR5基因高度同源，采用ZFN基因編輯方法會產生脫靶效應。

　　這些研究人員證實這些經過CRISPR編輯的HSPC細胞能夠成功地在小鼠體內定植，而且這些細胞能夠經過分化，在47周內產生一系列正常的免疫細胞。他們還證實從這些發生HSPC細胞定植的小鼠體內分離出這些經過CRISPR編輯的HSPC細胞，隨后能夠將它們再次移植到另一組小鼠體內。

　　鄧宏魁教授和陳虎教授寫道，“這種長期重建和再次移植是比較耗時的。為了證實這種基因編輯方法在長期HSPC細胞中是穩健的，它花了我們一年多的時間來監控這些小鼠。”

　　接下來，這些研究人員讓接受發生CCR5基因編輯或者未發生編輯的人CD34+HSPC細胞移植的小鼠接觸一種利用CCR5侵入T細胞的HIV毒株。相比于攜帶著正常的人HSPC的小鼠而言，在攜帶這些接受編輯的人HSPC細胞的小鼠中，HIV RNA水平在感染的最初幾周內發生下降，而且CD4+ T細胞數量下降得更少。

　　美國斯坦福大學細胞與基因醫學實驗室主任David DiGiusto在發給《科學家》雜志的一份電子郵件中寫道，“這種令人信服的證據表明CRISPR介導的CCR5缺失會導致CD4+ T細胞后代產生想要的抵抗力。”DiGiusto協助開發了破壞CCR5的ZFN基因編輯方法。

　　不過，DiGiusto和Khalili一致認為，在人體臨床試驗中不大可能使用胎兒肝臟HSPC細胞。DiGiusto寫道，“對于認為這些結果能夠應用到來自成年HIV患者的HSPC細胞的看法而言，應當保持謹慎態度。”

　　Khalili注意到，針對靶向CCR5的一個忠告就是這種方法“可能不會實現完全治愈，這是因為這種病毒本身不會被清除，而且可能轉而利用CCR4或其他的受體進行擴散。”靶向CCR5也將不會抵抗X4 tropic HIV分離株，這是因為這種分離株利用CXCR4受體而不是CCR5受體來入侵免疫細胞。

　　Riley說，迄今為止，“CCR5似乎是HIV的一種致命弱點。可能存在其他的靶標，但是就目前而言，它是最好的靶標。”

　　鄧宏魁教授和陳虎教授和他們的同事們正在計劃開展一項臨床試驗（NCT Number: 03164135）來測試利用CRISPR/Cas9讓供者CD34+ HSPC細胞中的CCR5發生突變后，這些HSPC細胞是否能夠安全地被灌注到HIV感染者體內，以及是否能夠讓這些感染者產生HIV抵抗力。

　　DiGiusto寫道，“這些正在進行的臨床試驗將開始驗證靶向CCR5阻止HIV感染的可行性和有效性。”