最近，加州大學(xué)舊金山分校和Gladstone研究所的研究人員，使用一種新開(kāi)發(fā)的基因編輯系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了使人體免疫細(xì)胞抵抗HIV感染的基因突變。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在10月25日的《Cell Reports》雜志。

該小組建立了一個(gè)高通量的細(xì)胞編輯平臺(tái)，使用一種不同的CRISPR/Cas9技術(shù)變型，可讓他們檢測(cè)大量不同的遺傳突變是如何保護(hù)免疫細(xì)胞抵御HIV的。研究人員說(shuō)，這一新系統(tǒng)可以讓研究人員快速修改新捐贈(zèng)的人類(lèi)免疫細(xì)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。

本文共同第一作者、博士后研究員Judd F. Hultquist博士說(shuō)：“這是HIV研究人員渴望已久的一種能力。我希望，這將使得一年前似乎是不可逾越的任務(wù)，變成每個(gè)人都可以做到的事情。”

基因編輯為治愈HIV提供了可能性

盡管20世紀(jì)80年代以來(lái)，用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物治療和控制艾滋病毒的努力，取得了很大的進(jìn)展，但是目前仍然不能治愈這種病毒，每年都有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的人感染HIV。一旦該病毒浸潤(rùn)患者的免疫系統(tǒng)，它就可能無(wú)限期地隱藏在細(xì)胞自身的DNA中，用現(xiàn)有的技術(shù)檢測(cè)不到或摧毀它們。因此，患者必須在生命的其余時(shí)間內(nèi)繼續(xù)服用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物。

然而，并不是每個(gè)人都容易受到病毒的影響?？茖W(xué)家們從一組這樣的患者中得到了啟發(fā)——他們的免疫細(xì)胞似乎對(duì)艾滋病病毒感染發(fā)展出了自然抗性，科學(xué)家希望，有一天能編輯艾滋病病毒患者的免疫系統(tǒng)，來(lái)模仿這些抗艾滋病病毒個(gè)體的生物學(xué)特性。

Hultquist說(shuō)：“已經(jīng)有研究人員測(cè)定了這些抗病患者的基因組序列，來(lái)尋找使他們對(duì)病毒產(chǎn)生免疫的突變。但有許多不同的基因可能參與進(jìn)來(lái)：一些基因控制病毒進(jìn)入免疫細(xì)胞的能力，其他基因控制著病毒如何誘導(dǎo)細(xì)胞表達(dá)其基因。直到現(xiàn)在，都沒(méi)有辦法檢測(cè)這些突變中到底哪一些真正賦予了原發(fā)性T細(xì)胞抗性。”

基于CRISPR的平臺(tái)旨在加快尋找治愈方法

盡管是免疫系統(tǒng)的主要戰(zhàn)士，T細(xì)胞是脆弱的——在身體外只能夠存活幾個(gè)星期。它們也能對(duì)抗研究人員在其他類(lèi)型細(xì)胞中所使用的病毒，來(lái)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，Marson和Schumann首次通過(guò)在試管中預(yù)先制備CRISPR機(jī)器，然后將其添加到新捐贈(zèng)的免疫細(xì)胞中，在初始人類(lèi)T細(xì)胞中成功地進(jìn)行了精確的DNA序列替代。相關(guān)閱讀：CRISPR先驅(qū)重大成果：實(shí)現(xiàn)CRISPR/Cas9醫(yī)學(xué)應(yīng)用的重要一步 。

Schumann說(shuō)：“這種速度之快是令人難以置信的。所需的編輯迅速發(fā)生，然后細(xì)胞降解CRISPR機(jī)械，這樣就不能做出改變。這是很重要的，否則就像做完手術(shù)，留下了手術(shù)刀在體內(nèi)。”

在該項(xiàng)研究中，Schumann和Hultquist通過(guò)設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化系統(tǒng)，改善了這項(xiàng)技術(shù)，可用于T細(xì)胞的高通量的并行編輯。這種新方法使研究人員能夠在來(lái)自健康志愿者的成千上萬(wàn)個(gè)T細(xì)胞中突變不同的候選基因，并將這些突變的細(xì)胞暴露于HIV病毒，然后通過(guò)篩選細(xì)胞尋找能夠防止感染的突變。

這個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)在于它的速度，因?yàn)榫栀?zèng)的T細(xì)胞只能在體外存活兩到三個(gè)星期。Krogan說(shuō)：”如果我們要開(kāi)始編輯T細(xì)胞并把它們放回人體作為一種療法。我認(rèn)為這將是快速、安全、有效的黃金標(biāo)準(zhǔn)。”

研究人員使用這項(xiàng)新技術(shù)來(lái)突變基因CXCR4和CCR5，它們編碼不同株HIV病毒用來(lái)潛伏和感染免疫細(xì)胞的受體分子，在以往的細(xì)胞治療試驗(yàn)中已被靶定。抑制這些基因中的任何一個(gè)，都能成功地阻斷人類(lèi)T細(xì)胞被相關(guān)HIV株感染。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，可為T細(xì)胞建立一個(gè)雙重的安全系統(tǒng)，同時(shí)阻斷艾滋病毒病毒進(jìn)入細(xì)胞所需的一個(gè)基因，以及病毒在細(xì)胞內(nèi)生存和繁殖所需要的一個(gè)基因，從而帶來(lái)雙重安全性。

為了證明這種新的高通量技術(shù)的有效性和能力，研究人員還開(kāi)發(fā)了146種不同的CRISPR編輯本，每一種都被設(shè)計(jì)為抑制45個(gè)基因（與HIV整合入宿主細(xì)胞的能力有關(guān)）中的一個(gè)。他們確定了幾個(gè)基因，這些基因的存在可賦予HIV抗性，其中一些已在以前的研究中預(yù)測(cè)過(guò)，其他的基因此前從來(lái)沒(méi)有被認(rèn)為與HIV感染有直接關(guān)系。

傳染病研究的“冰山一角”

研究人員計(jì)劃使用新的平臺(tái)，來(lái)確定HIV生命周期中的其他弱點(diǎn)，可以為細(xì)胞治療或靶向藥物所使用。他們也希望能夠插入更多微妙的突變，如在抗HIV個(gè)體中所報(bào)道的突變，僅僅改變細(xì)胞的功能，就足以賦予抵抗力，但卻沒(méi)有完全抑制這個(gè)基因和阻礙細(xì)胞功能。

然而，他們更大的希望是，該系統(tǒng)將有更廣泛的應(yīng)用，不僅僅是中艾滋病毒，而且最終能被用于在世界各地的實(shí)驗(yàn)室，來(lái)研究他們所選擇的病毒。

Marson說(shuō)：“這個(gè)工具包是傳染病研究中缺失的很大一個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在我們有能力改變?nèi)祟?lèi)的免疫細(xì)胞，并立即看到效果。這種潛力是巨大的——這只是冰山一角。”