在一項新的研究中，來自美國弗雷德哈欽森癌症研究中心等研究機構的研究人員利用CRISPR-Cas9對長壽的造血幹細胞進行編輯，從而逆轉在包括鐮狀細胞病和β地中海貧血在內的幾種血液疾病中觀察到的臨床症狀。這是科學家們首次對成體造血幹細胞中的一個特定亞群的遺傳組成進行特異性編輯，其中造血幹細胞是血液和免疫係統中所有細胞的來源。相關研究結果近期發表在Science Translational Medicine期刊上，論文標題為“Therapeutically relevant engraftment of a CRISPR-Cas9–edited HSC-enriched population with HbF reactivation in nonhuman primates”。

這項原理驗證研究表明對靶向幹細胞進行高效修飾可能會降低血液疾病和其他疾病的基因編輯治療成本，同時降低可能產生的副作用的風險。

論文通訊作者、弗雷德哈欽森癌症研究中心幹細胞與基因治療項目主任Hans-Peter Kiem說道，“通過展示如何針對一種疾病高效地編輯這個特定的細胞群體，我們希望對諸如HIV感染和一些癌症之類的疾病使用這種相同的方法。”

Kiem說道，“靶向這個造血幹細胞亞群可能潛在地幫助數百萬患有血液疾病的人。”

在這項有望導致人體臨床試驗的臨床前研究中，這些研究人員選擇了一個與鐮狀細胞病和β-地中海貧血相關的基因，這兩種血液疾病都是由血紅蛋白產生中存在的遺傳缺陷導致的。其他的研究已表明重新激活一種在胎兒發育過程中起作用的但在我們的第一個生日時就不再產生的血紅蛋白版本---胎兒血紅蛋白，就可逆轉疾病症狀。

這些研究人員利用CRISPR-Cas9基因編輯移除一部分通常會阻止胎兒血紅蛋白產生的遺傳密碼。利用CRISPR切割這段控製性的DNA片段使得紅細胞能夠持續地產生升高水平的胎兒血紅蛋白。

這些研究人員對靶向幹細胞進行了高效編輯：在輸注之前，78%的靶向幹細胞在實驗室培養皿中發生了編輯。一旦輸注到體內後，這些經過編輯的幹細胞在體內定植、增殖並產生血細胞，其中30%的血細胞含有經過編輯的遺傳密碼。這導致高達20%的紅細胞攜帶胎兒血紅蛋白，這種類型的血紅蛋白可逆轉鐮狀細胞病和地中海貧血中的疾病症狀。

Kiem說道，“我們不僅能夠高效地編輯這些幹細胞，我們還發現它們能夠高水平地定植，這讓我們非常期待將它轉化為一種針對人體的高效療法。20%的紅細胞攜帶胎兒血紅蛋白---我們利用這種方法觀察到的情形---足以逆轉鐮狀細胞病的症狀。”

這些研究人員還認為，對治療益處所需的更少細胞群體進行基因修複將減少安全性問題並降低脫靶效應的風險。

論文共同第一作者、Kiem實驗室研究員Olivier Humbert博士說道，“鑒於CRISPR技術仍處於早期開發階段，證實我們的方法是安全的是比較重要的。我們在經過編輯的細胞中並未發現有害的脫靶突變，而且我們當前正在進行長期隨訪研究以驗證沒有任何不良影響的發生。”

這是第一項特異性地對一小部分造血幹細胞進行編輯的研究，Kiem團隊在2017年發現這部分造血幹細胞完全負責再生完整的血液和免疫係統。為了區分，Kiem團隊將這一部分造血幹細胞稱為CD90細胞，這是根據蛋白標誌物CD90命名的，這種蛋白標誌物可讓CD90細胞與其餘的造血幹細胞(攜帶另一種蛋白標誌物：CD34)區別開來。

這種幹細胞群體的自我更新特性使得它們成為進行基因治療的強大潛在候選者，這是因為它們能夠長期地產生這些經過基因修飾的血細胞，從而可以在一生當中治療疾病。鑒於它們僅占所有造血幹細胞的5%，因此利用基因編輯複合物靶向它們將需要更少的供應和潛在更低的成本。