近期，加州大學舊(jiù)金山分校和Gladstone研究所的研究人員(yuán)，使用一(yī)種新開(kāi)發的基因編輯系統，發現了使人體免疫細胞抵抗HIV感染的基因突變。相(xiàng)關研究結果發表在10月(yuè)25日的《Cell Reports》雜(zá)志(zhì)。
該小(xiǎo)組建立了一(yī)個(gè)高(gāo)通(tōng)量的細胞編輯平台，使用一(yī)種不同的CRISPR/Cas9技(jì)術(shù)變型，可讓他們檢測大量不同的遺傳突變是如何保護免疫細胞抵禦HIV的。研究人員(yuán)說，這一(yī)新系統可以讓研究人員(yuán)快速修改新捐贈的人類免疫細胞中的遺傳密碼，并有望縮短“最終治愈艾滋病病毒”的探索之路(lù)。
本文共同第一(yī)作者、博士後研究員(yuán)Judd F. Hultquist博士說：“這是HIV研究人員(yuán)渴望已久的一(yī)種能(néng)力。我希望，這将使得一(yī)年(nián)前似乎是不可逾越的任務，變成每個(gè)人都可以做到(dào)的事(shì)情。”
基因編輯為(wèi)治愈HIV提供了可能(néng)性
盡管20世紀80年(nián)代以來，用抗逆轉錄病毒藥物(wù)治療和控制艾滋病毒的努力，取得了很大的進展，但是目前仍然不能(néng)治愈這種病毒，每年(nián)都有數以百萬計的人感染HIV。一(yī)旦該病毒浸潤患者的免疫系統，它就(jiù)可能(néng)無限期地隐藏在細胞自(zì)身的DNA中，用現有的技(jì)術(shù)檢測不到(dào)或摧毀它們。因此，患者必須在生(shēng)命的其餘時間内繼續服用抗逆轉錄病毒藥物(wù)。
然而，并不是每個(gè)人都容易受到(dào)病毒的影響。科學家們從(cóng)一(yī)組這樣的患者中得到(dào)了啓發——他們的免疫細胞似乎對艾滋病病毒感染發展出了自(zì)然抗性，科學家希望，有一(yī)天能(néng)編輯艾滋病病毒患者的免疫系統，來模仿這些抗艾滋病病毒個(gè)體的生(shēng)物(wù)學特性。
Hultquist說：“已經有研究人員(yuán)測定了這些抗病患者的基因組序列，來尋找使他們對病毒産生(shēng)免疫的突變。但有許多(duō)不同的基因可能(néng)參與進來：一(yī)些基因控制病毒進入免疫細胞的能(néng)力，其他基因控制著(zhe)病毒如何誘導細胞表達其基因。直到(dào)現在，都沒有辦法檢測這些突變中到(dào)底哪一(yī)些真正賦予了原發性T細胞抗性。”
基于CRISPR的平台旨在加快尋找治愈方法
盡管是免疫系統的主要戰士，T細胞是脆弱的——在身體外隻能(néng)夠存活幾個(gè)星期。它們也能(néng)對抗研究人員(yuán)在其他類型細胞中所使用的病毒，來傳遞“如何建立CRISPR/Cas9基因編輯所需要的機(jī)械”的DNA指令。去年(nián)，Marson和Schumann首次通(tōng)過在試管中預先制備CRISPR機(jī)器(qì)，然後将其添加到(dào)新捐贈的免疫細胞中，在初始人類T細胞中成功地進行了精确的DNA序列替代。
Schumann說：“這種速度之快是令人難以置信的。所需的編輯迅速發生(shēng)，然後細胞降解CRISPR機(jī)械，這樣就(jiù)不能(néng)做出改變。這是很重要的，否則就(jiù)像做完手術(shù)，留下(xià)了手術(shù)刀在體内。”
在該項研究中，Schumann和Hultquist通(tōng)過設計一(yī)種自(zì)動化系統，改善了這項技(jì)術(shù)，可用于T細胞的高(gāo)通(tōng)量的并行編輯。這種新方法使研究人員(yuán)能(néng)夠在來自(zì)健康志(zhì)願者的成千上(shàng)萬個(gè)T細胞中突變不同的候選基因，并将這些突變的細胞暴露于HIV病毒，然後通(tōng)過篩選細胞尋找能(néng)夠防止感染的突變。
這個(gè)系統的一(yī)個(gè)重要特點在于它的速度，因為(wèi)捐贈的T細胞隻能(néng)在體外存活兩到(dào)三個(gè)星期。Krogan說：”如果我們要開(kāi)始編輯T細胞并把它們放(fàng)回人體作為(wèi)一(yī)種療法。我認為(wèi)這将是快速、安全、有效的黃金标準。”
研究人員(yuán)使用這項新技(jì)術(shù)來突變基因CXCR4和CCR5，它們編碼不同株HIV病毒用來潛伏和感染免疫細胞的受體分子，在以往的細胞治療試驗中已被靶定。抑制這些基因中的任何一(yī)個(gè)，都能(néng)成功地阻斷人類T細胞被相(xiàng)關HIV株感染。
進一(yī)步的實驗表明，可為(wèi)T細胞建立一(yī)個(gè)雙重的安全系統，同時阻斷艾滋病毒病毒進入細胞所需的一(yī)個(gè)基因，以及病毒在細胞内生(shēng)存和繁殖所需要的一(yī)個(gè)基因，從(cóng)而帶來雙重安全性。
為(wèi)了證明這種新的高(gāo)通(tōng)量技(jì)術(shù)的有效性和能(néng)力，研究人員(yuán)還(hái)開(kāi)發了146種不同的CRISPR編輯本，每一(yī)種都被設計為(wèi)抑制45個(gè)基因（與HIV整合入宿主細胞的能(néng)力有關）中的一(yī)個(gè)。他們确定了幾個(gè)基因，這些基因的存在可賦予HIV抗性，其中一(yī)些已在以前的研究中預測過，其他的基因此前從(cóng)來沒有被認為(wèi)與HIV感染有直接關系。
傳染病研究的“冰山一(yī)角”
研究人員(yuán)計劃使用新的平台，來确定HIV生(shēng)命周期中的其他弱點，可以為(wèi)細胞治療或靶向藥物(wù)所使用。他們也希望能(néng)夠插入更多(duō)微妙的突變，如在抗HIV個(gè)體中所報(bào)道的突變，僅僅改變細胞的功能(néng)，就(jiù)足以賦予抵抗力，但卻沒有完全抑制這個(gè)基因和阻礙細胞功能(néng)。
然而，他們更大的希望是，該系統将有更廣泛的應用，不僅僅是中艾滋病毒，而且最終能(néng)被用于在世界各地的實驗室，來研究他們所選擇的病毒。
Marson說：“這個(gè)工(gōng)具包是傳染病研究中缺失的很大一(yī)個(gè)環節。現在我們有能(néng)力改變人類的免疫細胞，并立即看(kàn)到(dào)效果。這種潛力是巨大的——這隻是冰山一(yī)角。”
原文閱讀(dú)：
Cell Reports, DOI: 10.1016/j.celrep.2016.09.080
