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利用CRISPR根治艾滋病?美国40年HIV研发老将的新公司斩获5000万美元融资

生辉

 作者| 胡莉花、宋冉 来源|生辉(ID:SciPhi)

获得性免疫缺陷综合征(AIDS)也就是我们常说的艾滋病,是由艾滋病病毒(HIV)引起的一种危险性极高的传染病。HIV 会攻击、损伤人体的免疫系统,最终人体会易感或并发多种疾病,死亡率极高。

根据联合国艾滋病规划署发布的《2020 全球艾滋病防治进展报告》,2019 年约有 170 万新发艾滋病感染者,有 69 万人死于艾滋病相关疾病。在 3800 万 HIV 感染者中,仍有 1260 万人无法获得有效的治疗。

在感染人体后,HIV 会整合到人类基因组中,这就导致药物和免疫系统无法攻击 HIV 病毒。目前公认疗效最佳的疗法是抗逆转录病毒治疗,也就是华裔科学家何大一提出的鸡尾酒疗法,这种治疗可以使艾滋病得以控制,但是一旦停止用药就会出现病情复发,而且会出现很多的副作用,包括恶心、腹泻等等。

此前,美国坦普尔大学 Lewis Katz 医学院神经病毒学中心主任 Kamel Khalili 及其研究团队在艾滋病研究上迈出了重要的一步,他们利用 CRISPR-Cas9 系统成功地编辑了非人灵长类动物基因组中一种与 HIV 密切相关的病毒 SIV—— 猴免疫缺陷病毒。这一研究成果为开发根治人类艾滋病的疗法带来了希望。

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(来源:medicine.temple.edu)

40 多年来,Kamel Khalili 博士一直在探寻病毒性疾病的分子神经发病机制,包括 HIV-1 / AIDS,他已经发表了有关 HIV-1 的论文近 170 篇。

这一研究进展首次证明了这种方法在猴子身上起作用,同时该研究也受到了投资人的青睐。近日,围绕 Kamel Khalili 研究成立的公司 Excision BioTherapeutics 获得了 5,000 万美元 A 轮融资。

CRISPR 编辑 HIV 病毒

2008 年,一名患者接受骨髓移植治疗白血病后治愈了 HIV,这是第一次,科学家得知 HIV 可以被治愈,这位患者也被称为 “柏林病人”。

2016 年,“伦敦病人” 接受造血干细胞移植后成为第二例艾滋病痊愈者,在这之后,再无奇迹。

在美国国立卫生研究院工作期间,HIV 的致病机制就吸引了 Khalili——HIV 病毒将自己整合到人类基因组中,形成了传统药物和免疫系统无法企及的永久性储存库。

早在 1990 年左右,锌指核酸酶和 TALEN 技术的出现就让 Khalili 产生了编辑 HIV 基因的想法,CRISPR 技术的出现让 Khalili 更加坚定了这一想法。CRISPR 由 Cas 蛋白酶和向导 RNA(gRNA)组成,gRNA 能够将切割 DNA 的 Cas 蛋白引导到病毒 DNA 的关键位置。

随后,Khalili 开发出了一种新的基因编辑系统,利用这套系统先后从人体细胞 DNA 中切除 HIV 序列,后来又在小鼠、猴子体内证明了该系统对于 HIV 病毒的剪切能力。

人类 DNA 由 30 亿个碱基组成,HIV 进入后,会整合到人类正常细胞的 DNA 序列中。Khalili 团队使用软件识别控制 HIV 前病毒基因转录的长末端重复序列,正常的细胞不会受到影响。

HIV 病毒容易变异,对抗病毒药物有抵抗,因此,Khalili 团队设计了多个 gRNA,用来切割 HIV 前病毒,他们从免疫细胞中切出了 9709 个碱基长度的完整 HIV DNA 片段。这类似于从肿瘤患者体内切除肿瘤。

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图 | 利用 CRISPR/Cas9 清除整合在人体基因片段中的 HIV 病毒 DNA(来源:Endpoints News)

在 Khalili 的研究中,治疗了 7 只人源化的小鼠,其中两只似乎已经治愈,它们并不能完全切除 HIV 病毒序列。但是 Khalili 指出,“柏林病人” 体内仍然存在艾滋病毒,只是在病人的免疫系统能够控制的范围内。

在本次论文中,Khalili 的试验显示,这种方式能够消除 3 只猴子中 38%-95% 的潜伏 SIV。对此,宾夕法尼亚大学肿瘤学家及免疫学家评价道:“这无疑是大海捞针,他们能做到这一切很了不起。”

然而,和基因治疗一样,这种方式只能注射一次,如果没有完全清除感染细胞中的 HIV 病毒,它将卷土重来。

“是否能达到治疗预期取决于清除每一个感染细胞的效率,这是一个很大的问题。” 墨尔本彼得・多尔蒂感染和免疫研究所所长莎伦・莱文(Sharon Lewin)说。

辉大基因首席科学家杨辉博士认为,最大的关注点在于编辑效率,需要长期观察编辑效率是否能够达到彻底清除 HIV 的效果。因为是敲除一段基因片段,短的片段更好扩增,容易高估编辑效率,最好能做单细胞的编辑效率分析;还有就是 CRISPR 的脱靶问题,两个 sgRNA 更容易脱靶,大片段缺失和染色体异常都没有分析,这些都很容易导致癌症。”

多个难题有待破解

Khalili 并不是第一个提出用基因编辑治疗 HIV 的人,早在 2013 年的时候,京都大学的一个研究团队就用 CRISPR 消除了潜在的 HIV 感染,研究成果发表在 Nature 上,这篇文章上的参考文献可以追溯到几十年前。美国国立卫生研究院的神经病毒学负责人 Avindra Nath 表示:“想法就在那里,但是没人相信能够成功。”

用 CRISPR 技术治疗 HIV 仍然存在诸多的科学和技术障碍,即使现在有了猴子试验的数据,但还是有很多问题没有解决。

递送就是其中一个问题,在基因疗法中,研究人员通常使用 AAV 作为递送载体。去年,Editas 进行了一项用 CRISPR 治疗眼睛的试验,这是第一次研究人员将 CRISPR 注射到人体内。

在普通的患者中,数百万 T 细胞中仅有 40 个含有潜在的 HIV,其他带有潜在 HIV 的细胞类型遍布全身。现在仍不清楚,CRISPR 公司提供的 AAV9 载体能否进入被 HIV 感染的人体 T 细胞中。

剂量也是一大难题,Excision BioTherapeutics 如果使用高剂量 AAV9 载体,疗法的效果会更强,但是高剂量可能会引发了强烈的免疫反应。高剂量引发强烈免疫反应已经在一些 AAV 载体基因疗法临床试验中得到了验证。

但值得注意的是,现有的 AAV 载体并不能满足全球 3800 万艾滋病患者,规模化生产问题也有待解决。

“Khalili 仅证明了 CRISPR 可以对病情得到控制的 HIV 患者起作用,而不是最需要治疗的患者。这是一个很大的伦理困境。” 加州大学旧金山分校的艾滋病研究人员史蒂文・迪克斯(Steven Deeks)说。

Khalili 的最新的计划是与外部的专家合作,墨尔本 Peter Doherty 传染病和免疫研究所所长 Sharon Lewin 表示:将他们的技术与增强免疫力的分子相结合,可以使 CRISPR 进入无法达到的细胞。

参考资料:

https://endpts.com/exclusive-after-four-decades-one-researchers-radical-hiv-cure-finally-gets-its-shot/

编者按:本文转载自微信公众号:生辉(ID:SciPhi),作者: 胡莉花、宋冉


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