单基因疾病α-1抗胰蛋白酶缺乏症（AATD）是一种影响肝脏和肺部的常见遗传病，通过常染色体遗传，临床常导致新生儿肝炎，婴幼儿和成人的肝硬化、肝癌和肺气肿等。最近一项研究结果表明，一种新的基因编辑方式可以有效地纠正AATD患者细胞中的一个突变。这种被称为碱基编辑的新方法，不同于包括CRISPR在内的其他编辑形式，因为碱基编辑不会导致DNA断裂，从而有助于防止双链断裂、潜在的脱靶编辑和细胞修复过程中不必要的突变。
这项研究是由波士顿大学和波士顿医学中心再生医学中心（CREM）的医学博士AndrewWilson和RhiannonWerder博士领导。研究者使用了患者来源的肝细胞——被称为“iHeps”，它能模仿肝脏肝细胞的生物学，肝脏细胞是身体中α-1抗胰蛋白酶蛋白的主要生产者，同样有着重要的代谢、内分泌和分泌功能。研究人员用碱基编辑技术纠正了导致AATD的Z突变，降低了疾病对肝细胞的影响，从而证明能够在人类细胞中成功进行碱基编辑。相关研究结果发表在《MolecularTherapy》杂志上，为将来的人体试验铺平了道路。
这项研究的通讯作者、波士顿医学中心的肺科医生、波士顿大学医学院副教授Wilson说：“这项研究应用碱基编辑技术，成功地纠正了AATD病患者来源的肝细胞中的致病突变。我希望这些结果将提供一条途径，利用这项技术帮助AATD和其他单基因疾病的患者。”
研究人员利用Beam-Therapeutics建立的碱基编辑器，应用于AATD患者的诱导多能干细胞（iPS细胞），然后再应用于从iPS细胞衍生的肝细胞。这样做是为了探究人类细胞中导致AATD基因“Z”突变的校正。
SERPINA1基因的Z突变，是导致AATD患者慢性进行性肺病和肝病的原因。在AATD患者中，突变的AAT蛋白发生错误折叠，形成蛋白质聚集体，在肝细胞内积聚并造成损伤。
在这项研究中，研究人员首先从AATD患者的突变型（ZZ）iPSC开始入手。碱基编辑过程完成后，对编辑细胞的DNA进行测序，以确定SERPINA1基因是否已被纠正。研究人员将含有一个（MZ）或两个（MM）校正基因拷贝的克隆细胞群进行扩增，然后在25天的过程中进行分化以产生肝细胞。在对编辑细胞的整个基因组进行测序后，没有证据表明碱基编辑的基因组中存在意外突变，MZ细胞中的错误折叠和相关蛋白堆积得到了部分纠正，MM正常细胞中的错误折叠和相关蛋白堆积得到了完全纠正。
研究人员用从突变的iPSCs衍生的肝细胞重复这个过程。在不同的条件下使用两个碱基编辑器来测试这个过程的效率。在最佳条件下，约50%的突变基因被成功编辑。然后研究人员对这些细胞进行分析，看它们是否仍然是“肝细胞”，以及与突变的ZZ细胞相比，在编辑的细胞中是否有较少的疾病迹象。结果显示，碱基编辑并没有改变肝脏程序，肝细胞仍然在正常水平表达肝脏基因和蛋白质。此外，聚集的错误折叠的“Z”AAT蛋白，其积累更少，从而表明编辑细胞中病变的证据较少。
虽然蛋白酶增补治疗已被证明能减缓AATD患者肺部疾病的进展，但目前尚无治疗AATD相关肝病的方法。新兴的治疗策略主要集中在Z突变的纠正上。
碱基编辑作为多种单基因疾病的一种治疗方式，正在进行评估。α-1抗胰蛋白酶缺乏症是碱基编辑的主要靶点，可能是人类研究中进行碱基编辑试验的早期疾病之一。其他疾病靶点包括视网膜疾病、遗传性酪氨酸血症、镰状细胞贫血、早衰、囊性纤维化等。
这项研究的结果表明，未来的研究可探索碱基编辑在编辑其他静态细胞群的有用性。此外，最近的研究表明，在永生化细胞系中，碱基编辑器除了可以编辑DNA外，还可以编辑RNA，这值得进一步研究。
Moreinformation:RhiannonB.Werderetal,AdenineBaseEditingReducesMisfoldedProteinAccumulationandToxicityinAlpha-1AntitrypsinDeficientPatientiPSC-Hepatocytes,MolecularTherapy().DOI:10./j.ymthe..06.
两位基因编辑大牛联手Science发表碱基编辑重要成果
Nature重大突破：首次用单碱基编辑修复镰状细胞病治病突变
科学家使用碱基编辑持续降低胆固醇水平为代谢性肝病治疗开辟新途径
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇