β-地中海贫血是一种遗传性溶血性疾病，在世界范围内普遍流行，是最常见的单基因疾病之一1。因功能性β-珠蛋白严重缺乏，相当一部分患者需要定期输血才能存活，从而导致输血依赖性地中海贫血（TDT）。鉴于血液资源有限和铁螯合剂成本高昂，国内TDT患者仅有少部分比例能维持规范输血和规范去铁治疗，生存状态堪忧，TDT患者的生存率明显低于发达国家2,3。由于儿童和青少年患者对造血干细胞移植 (HSCT) 的治疗相关毒性具有更好的耐受性，符合条件的患者应尽早接受 HSCT（2-7 岁）4。 对于发展中国家和欠发达地区儿童未得到满足的医疗需求，探索基因编辑治疗儿童 TDT 至关重要并且尤为紧迫。
近日，华东师范大学生命科学学院吴宇轩、刘明耀、李大力团队、中南大学湘雅医院付斌团队和邦耀生物合作在Nature Medicine杂志上发表了题为CRISPR–Cas9-mediated gene editing of the BCL11A enhancer for pediatric β0/β0 transfusion-dependent β-thalassemia的研究论文，报告了世界首例CRISPR基因编辑治疗β0/β0型重度地贫儿童患者的临床结果。
基因编辑破坏+58 BCL11A红系增强子的GATA1结合位点可诱导γ-珠蛋白表达，这是缓解HBB基因突变引起的β-血红蛋白病的一种颇有前景的治疗策略5-7。在本研究中，研究人员报告了一项正在进行的 1/2 期试验 (NCT04211480) 的初步结果，该试验评估了基因编辑治疗对输血依赖性 β-地中海贫血 (TDT) 儿科患者的安全性和有效性。
该试验将基因编辑的自体造血干祖细胞（HSPCs）移植到两名儿童患者体内，其中一名患儿基因型为β0/β0，被列为最严重的TDT类型；另外一例接受治疗的患儿也属于TDT。截至文章投稿时，两名患儿的胎儿血红蛋白分别从基线时的2.55g/L、1.75g/L分别上升至最近一次访视的149g/L和139g/L，最近一次访视时的总血红蛋白含量分别为152g/L和140g/L。截至文章投稿时，两例患者在治疗后都实现了脱离输血依赖超过16个月，脱离输血依赖的定义为为输血的情况下总血红蛋白达到或超过90g/L。移植后第9个月时的骨髓细胞中的编辑率分别为85.46%和89.48%。患者在移植后分别于 52 天和40 天出院，最近一次访视时临床状况良好。清髓预处理相关毒性较轻，不良反应包括 1-2 级粘膜炎、1 级皮疹和 2 级鼻出血。细胞移植之后没有发生严重的感染，铁过载情况也有明显改善。两名患者的红细胞数量和总体血红蛋白水平在第 45 天左右开始稳定增加，在第 75 天左右达到健康水平。截至日前，两例受试者脱离输血依赖均已超过24个月。
移植后红细胞和血红蛋白变化趋势，F细胞占比以及铁代谢数据
对编辑后重建的PBMCs插入缺失模式的探索性分析显示，在近两年的随访期内，没有观察到异常的克隆扩增现象。同时，研发人员对经基因编辑后重建的PBMCs进行了单细胞RNA测序，全面分析由未编辑或编辑的HSPC重组的血液谱系的转录组，表明BCL11A红系特异增强子编辑不会导致非红细胞的显着转录变化，不会影响B细胞以及DC细胞的发育和功能相关基因的表达，这些结果均显示该疗法没有明显的副作用。
健康供体和经基因编辑后病人的B细胞簇中B细胞增殖相关基因的表达
总之，该研究提供了可以实现 CRISPR/Cas9 编辑的自体HSPC的移植和长期植入的原理证明，并且证实了胎儿血红蛋白水平的持续升高足以改善输血依赖性β-地中海贫血，即使对于β-珠蛋白链生成完全受抑制的 β0/β0 基因型也是如此。
华东师范大学生命科学学院吴宇轩教授、刘明耀教授和李大力教授为论文共同通讯作者。中南大学湘雅医院付斌教授、华东师范大学生命科学学院吴宇轩课题组廖娇阳博士和陈双红博士是本文的共同第一作者。中南大学湘雅医院为论文第一完成单位，华东师大为第二完成单位，研究过程中还得到了S. Siwko博士和哈佛医学院、波士顿儿童医院的D. E. Bauer博士的大力帮助。同时感谢参与本项研究的受试者及其家人的支持和配合。
参考文献
1 Piel, F. B. The present and future global burden of the inherited disorders of hemoglobin. Hematology/Oncology Clinics 30, 327-341 (2016).
2 Yin, X. L. et al. Treatment and complications of thalassemia major in Guangxi, Southern China. Pediatric blood & cancer 57, 1174-1178 (2011).
3 Modell, B., Khan, M. & Darlison, M. Survival in β-thalassaemia major in the UK: data from the UK Thalassaemia Register. The Lancet 355, 2051-2052 (2000).
4 Li, C. et al. Related and unrelated donor transplantation for β-thalassemia major: results of an international survey. Blood Adv 3, 2562-2570 (2019).
5 Wu, Y. et al. Highly efficient therapeutic gene editing of human hematopoietic stem cells. Nat Med 25, 776-783, doi:10.1038/s41591-019-0401-y (2019).
6 Wang, L. et al. Reactivation of γ-globin expression through Cas9 or base editor to treat β-hemoglobinopathies. Cell research 30, 276-278 (2020).
7 Demirci, S. et al. BCL11A enhancer–edited hematopoietic stem cells persist in rhesus monkeys without toxicity. J Clin Invest 130, 6677-6687 (2020).
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