【佳學(xué)基因檢測(cè)】造血干細(xì)胞基因編輯的臨床應(yīng)用

造血干細(xì)胞基因編輯治療的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀

HSC加工方法的進(jìn)步，加上越來(lái)越多的基因編輯工具，使人們對(duì)疾病的分子機(jī)制有了新的認(rèn)識(shí)，并為多種疾病的治療開(kāi)辟了新的領(lǐng)域，因此基因編輯已被用于多種治療方法，包括糾正致病點(diǎn)突變，通過(guò)靶向整合將治療基因添加到特定的基因組位點(diǎn)，去除或破壞突變等位基因，或調(diào)節(jié)疾病修飾基因的表達(dá)。因此，在過(guò)去的十年中，有大量的研究（表2）和13項(xiàng)臨床試驗(yàn)（表3），通過(guò)結(jié)合人類(lèi)原代造血細(xì)胞和基因編輯工具來(lái)治療非惡性疾病。

3.1. 血紅蛋白病-β-地中海貧血與鐮狀細(xì)胞病

β-血紅蛋白病、β-地中海貧血和鐮刀細(xì)胞?。⊿CD）代表全世界最常見(jiàn)的單基因疾病，估計(jì)每年有56000和270000例患病新生兒出生[185]。對(duì)于β-地中海貧血，HBB基因突變減少或者是消除β-珠蛋白的合成。對(duì)于SCD, 基因突變編碼合成有害的β-珠蛋白變體的形成（HBB:c.20A>T，成熟蛋白中的p.E6V）。β-珠蛋白是成人血紅蛋白（HbA，α2β2）的一個(gè)關(guān)鍵成分，在沒(méi)有這種成分的情況下，會(huì)形成有毒的α4同四聚體，產(chǎn)生的HbA不足?；蚪獯a發(fā)現(xiàn)，HBB中有300多種β-地中海貧血突變，與α-/β-珠蛋白鏈產(chǎn)生不平衡、祖細(xì)胞和紅細(xì)胞凋亡增加、紅細(xì)胞生成無(wú)效和貧血有關(guān)[186]。盡管基于常規(guī)治療（如終生輸血、鐵螯合治療地中海貧血和羥基脲治療SCD）的患者生存率有所提高，但由于輸血依賴(lài)性和伴隨的并發(fā)癥，患者的生活質(zhì)量顯著降低。

與可以采用HSCT治療的其他疾病相比，血紅蛋白病以及致病基因清晰的和潛在致命性的單基因疾病由于患者人數(shù)眾多，促使了不成比例的大量往往是開(kāi)創(chuàng)性的基因治療研究的發(fā)展。第一代先進(jìn)的治療藥物（ATMPs）主要基于慢病毒介導(dǎo)的將正常的HBB樣基因拷貝添加到HSC中，并為自體基因修飾的HSC對(duì)β-血紅蛋白病的治療潛力提供了概念證明[10,11,12,13187]。然而，除了常見(jiàn)的HSCT相關(guān)的與骨髓清髓相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，由于隨機(jī)整合而導(dǎo)致的插入突變是一個(gè)額外的揮之不去的擔(dān)憂(yōu)。2021年2月，這促使藍(lán)鳥(niǎo)生物（Bluebird Bio）基于慢病毒的Zynteglo的試驗(yàn)和銷(xiāo)售暫時(shí)中止，隨后，對(duì)一例急性髓系白血病和一例最初懷疑的骨髓增生異常綜合征病例之間因果關(guān)系的懷疑被消除[188]。對(duì)插入突變的關(guān)注成為新基因療法的開(kāi)發(fā)工作長(zhǎng)期以來(lái)的關(guān)注焦點(diǎn)。這種療法雖然仍然依賴(lài)于骨髓消融以支持體外HSC為基礎(chǔ)的策略，但本質(zhì)上并不構(gòu)成插入突變的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于無(wú)DSB的方法，甚至可以消除意外重組事件的風(fēng)險(xiǎn)[29,30]。

β-血紅蛋白病的基因編輯療法主要基于三種方法，包括（i）通?；贖DR的致病突變校正，（ii）向內(nèi)源性位點(diǎn)添加HBB轉(zhuǎn)基因或（iii）破壞γ-珠蛋白基因（HBG1和HBG2）轉(zhuǎn)錄抑制所需的基因或控制元件。至于（i）基因校正，大多數(shù)旨在直接校正致病突變的研究針對(duì)SCD突變（HBB:c.20A>T）或東亞和東南亞最常見(jiàn)的β-地中海貧血致病突變（HBB:c124-127del）[81,106,107,131,132,133,134,136,137,138,142]。對(duì)于這些和其他基因，點(diǎn)突變的校正通常依賴(lài)于CRISPR/Cas9系統(tǒng)和ssODN進(jìn)行基于HDR的校正[81,107,132,136,137,138,141]，盡管也采用了基于NHEJ的開(kāi)放閱讀框架外突變編輯[152189190]和堿基編輯[191,192]。值得注意的是，Hoban等人使用ZFNs對(duì)SCD患者來(lái)源的HSC中的β-珠蛋白基因座進(jìn)行基于HDR的編輯，其中在IDLV和ssODN供體模板之間，使用100 bp的較長(zhǎng)反向鏈ssODN實(shí)現(xiàn)了最高水平的修飾[82]。至于（ii）基因添加，在突變特異性校正的同時(shí)，一些研究小組還評(píng)估了HDR介導(dǎo)的HBB轉(zhuǎn)基因靶向插入到內(nèi)源性位點(diǎn)，作為恢復(fù)正常β-珠蛋白水平的更普遍校正方法[106128129139]，進(jìn)一步優(yōu)化HDR效率是基因加成治療的一個(gè)更安全、合理的下一步。至于（iii）基因破壞，大量研究關(guān)注負(fù)責(zé)γ-珠蛋白抑制的因子的失活，這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致發(fā)育沉默的胎兒血紅蛋白（HbF）的表達(dá)，α2γ2異源四聚體清除多余的α-珠蛋白，在功能上取代正常成人血紅蛋白，并具有抗鐮刀特性。利用NHEJ在HSC中的流行性，一些研究小組集中于通過(guò)基于NHEJ的HBG1和HBG2基因沉默因子和調(diào)節(jié)因子的破壞或抑制來(lái)重新激活HbF，包括B細(xì)胞淋巴瘤11A（BCL11A）、Krüppel樣因子1（KLF1）和ZBTB7A，也稱(chēng)為L(zhǎng)RF[193,194]。對(duì)BCL11A和其他具有多譜系表達(dá)的基因進(jìn)行治療性開(kāi)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵先決條件是確定紅系特異性控制元件作為破壞靶點(diǎn)，使其他細(xì)胞譜系中的基因功能不受影響[143]。因此，許多研究表明，在核酸酶介導(dǎo)BCL11A基因或其結(jié)合位點(diǎn)中的紅系控制元件的破壞后，HbF的再激活[91,144,145,146,149]。這些通用方法在證明疾病表型的高效、安全和正確改善方面的成功導(dǎo)致了新穎人類(lèi)臨床試驗(yàn)的啟動(dòng)，評(píng)估了CRISPR/Cas9（NCT03745287）和后來(lái)的ZFNs（NCT03432364）在治療β-血紅蛋白病方面的應(yīng)用（表3）。

研究小組針對(duì)β-地中海貧血和SCD表型所采用的替代方法主要包括模擬與胎兒血紅蛋白遺傳持久性（HPFH）相關(guān)的遺傳畸變。在一種罕見(jiàn)的良性疾病中，個(gè)體在整個(gè)成年期都表達(dá)HbF，而在β-血紅蛋白病患者中表達(dá)HbF可以大大降低癥狀的嚴(yán)重程度。Traxler等人通過(guò)慢病毒CRISPR/Cas遞送和對(duì)HBG1和HBG2基因啟動(dòng)子中自然發(fā)生的13 nt HPFH缺失的近似重演，證明了SCD CD34+HSCs中鐮狀表型的改善[144]。隨后，Lux等人提供TALEN編碼的mRNAs來(lái)模擬相同的HbF誘導(dǎo)13 nt缺失，從而類(lèi)似地誘導(dǎo)胎兒血紅蛋白[154]。利用CRISPR/Cas核酸酶對(duì)，Ye等人在HBB基因座中誘導(dǎo)了12.9-kb的缺失，使HBG1/2基因保持完整，但基本上去除了HBD和HBB，這導(dǎo)致SCD表型的逆轉(zhuǎn)和SCD CD34+HSCs中HbF水平的增加[145]。除了傳統(tǒng)的核酸酶介導(dǎo)的基因編輯外，許多研究小組使用了不太傳統(tǒng)的策略來(lái)靶向β-血紅蛋白病，強(qiáng)調(diào)了基因編輯技術(shù)提供的治療靶點(diǎn)的多樣性。在許多經(jīng)常顯示血紅蛋白病但同樣適用于其他疾病的獨(dú)立研究中，核酸酶的DNA結(jié)合域已被用于修飾表觀遺傳標(biāo)記或創(chuàng)建合成轉(zhuǎn)錄或栓系因子[29,30]。從基因編輯到HSC的轉(zhuǎn)錄調(diào)控和表觀基因組編輯，相應(yīng)的應(yīng)用范圍超出了本文的范圍，Wilber等人的一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性研究可能僅是例證。將單純皰疹病毒激活域（VP64）與HBG1/2結(jié)合ZF DNA結(jié)合域融合，使原代紅細(xì)胞中的HbF上調(diào)至20.9%[195]，這取決于合成轉(zhuǎn)錄因子的持續(xù)存在。最后，與γ-珠蛋白一樣，α-珠蛋白是β-地中海貧血的關(guān)鍵疾病調(diào)節(jié)劑，因此α-地中海貧血突變的共同遺傳導(dǎo)致α-珠蛋白水平降低，從而改善β-地中海貧血表型。這使得Mettananda及其同事在編輯的β-地中海貧血CD34+HSC中能夠通過(guò)DSB介導(dǎo)的α-珠蛋白增強(qiáng)子缺失恢復(fù)正常的α/β-珠蛋白比率[148]，這與γ-珠蛋白本身不能治療不同，但與額外的治療劑結(jié)合可以改善治療結(jié)果[196]。

重要的是，血紅蛋白病也已采用不依賴(lài)于DSB的基因編輯方法進(jìn)行研究。Liang等人很早就利用堿基編輯來(lái)靶向中國(guó)和東南亞引起β-地中海貧血的三種最常見(jiàn)的突變之一（HBB:c.28（A>G）），盡管不是在HSC中，而是在模擬人類(lèi)胚胎的細(xì)胞系統(tǒng)中[140]。盡管基于堿基編輯器的正確編輯仍然受到近端（旁觀者）離靶堿基的無(wú)意改變的影響，但是在細(xì)胞系中使用基于基序的堿基編輯器已經(jīng)允許校正HBB−28（A>G）（HBB:c.-78A>G）突變，具有最小的旁觀者編輯[192]，對(duì)HSC的未來(lái)編輯有意義。類(lèi)似地，高度通用的素?cái)?shù)編輯技術(shù)被用于逆轉(zhuǎn)SCD突變（一種顛換事件：GTG>GAG，V>E），但迄今為止，這僅在細(xì)胞系中得到證實(shí)[52]。相比之下，盡管僅限于不能逆轉(zhuǎn)SCD突變本身的過(guò)渡編輯，CD34+細(xì)胞中的堿基編輯最近被兩個(gè)里程碑式的研究所采用，這兩個(gè)研究對(duì)SCD治療的未來(lái)和血紅蛋白病治療的臨床轉(zhuǎn)化具有潛在的重要意義。首先，針對(duì)SCD突變本身并采用一種新的堿基編輯器重新設(shè)計(jì)PAM需求，Yen等人實(shí)現(xiàn)了鐮狀變體到非鐮狀變體Makassar的有效轉(zhuǎn)化（GTG>GCG，V>a）[197]。第二，Zeng等人使用堿基編輯使BCL11A紅系增強(qiáng)子區(qū)域失活，并在地中海貧血CD34+細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)γ-珠蛋白誘導(dǎo)的治療水平[191]，這是堿基編輯的理想使用案例，旁觀者編輯不會(huì)造成損害，甚至可能導(dǎo)致靶序列失活。
 

3.2. 原發(fā)性免疫缺陷

原發(fā)性免疫缺陷（PIDs，也稱(chēng)為先天性免疫錯(cuò)誤）是一組異質(zhì)性疾病，共有130多種罕見(jiàn)的遺傳性疾病，與免疫發(fā)育和功能異常有關(guān)[198]，在全球范圍內(nèi)影響1:10000的活產(chǎn)嬰兒。在過(guò)去的幾年中，包括嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷（SCID:X-SCID、ADA-SCID）、Wiskott-Aldrich綜合征（WAS）、慢性肉芽腫性疾?。–GD）和X-連鎖高IgM（X-HIM）在內(nèi)的許多原發(fā)性免疫缺陷已經(jīng)通過(guò)傳統(tǒng)的基于基因添加的方法得到了有效治療?；?gamma;-逆轉(zhuǎn)錄病毒的X-SCID早期臨床試驗(yàn)雖然證明了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī)治療的有效性和安全性，但在20名兒童患者中有4名患者出現(xiàn)了因?yàn)椴迦胪蛔兌鸬陌籽199]。盡管X-SCID中校正細(xì)胞固有的選擇性?xún)?yōu)勢(shì)可能是造成這種現(xiàn)象的原因，該試驗(yàn)促進(jìn)了人們更加努力地去設(shè)計(jì)普遍更安全的基因添加載體，并同樣繼續(xù)推動(dòng)對(duì)越來(lái)越多的PID的基因編輯研究，以將插入突變風(fēng)險(xiǎn)降至最低[17,43,170,171]。

3.2.1. 嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷癥（SCID）

SCID以體液免疫和細(xì)胞介導(dǎo)免疫缺陷為特征，發(fā)病率為1:50000-100000出生，是最普遍的致命的PIDs。其中，Artemis（ART）-、RAG1-和RAG2-SCID在T細(xì)胞和B細(xì)胞受體成熟所需的重組事件中顯示出缺陷。這已通過(guò)分別使用編碼Artemis的DCLRE1C轉(zhuǎn)基因和RAG1轉(zhuǎn)基因的慢病毒分別進(jìn)行轉(zhuǎn)導(dǎo)，并在慢病毒基因添加的相關(guān)臨床試驗(yàn)（NCT03538899和NCT04797260）中針對(duì)人類(lèi)HSPC中的ART-和RAG1-SCID進(jìn)行了治療[200,201]。相比之下，X-連鎖SCID、X-SCID或SCID-X1，占SCID病例的40%以上，已經(jīng)通過(guò)基于逆轉(zhuǎn)錄病毒基因添加的若干臨床試驗(yàn)以及基于ZFN和CRISPR/Cas設(shè)計(jì)核酸酶的大量臨床前工作得到解決。X-SCID是由IL2RG基因的遺傳畸變引起的，該基因編碼白細(xì)胞介素-2受體γ鏈（IL2Rγ），是細(xì)胞因子受體的一個(gè)常見(jiàn)亞單位，包括IL2、IL4、IL7、IL9、IL15和IL21[202]。由于IL2RG功能缺乏所引起的細(xì)胞因子信號(hào)缺陷導(dǎo)致T細(xì)胞和自然殺傷（NK）細(xì)胞幾乎有效缺失，以及功能性B細(xì)胞發(fā)育受損[203]。在缺乏治療的情況下，患病男嬰在其生命的最初幾年因無(wú)法抵抗細(xì)菌、真菌或病毒感染而死亡。早期基因治療試驗(yàn)表明，即使HSC糾正率很低，也可能導(dǎo)致正常T細(xì)胞免疫功能的實(shí)質(zhì)性重建。迄今為止，針對(duì)HSC、IPSC和T細(xì)胞的基因校正和添加方法已被用于校正X-SCID相關(guān)突變和改善疾病表型[43,98，155，156，158，159]。Sangamo BioSciences領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)概念驗(yàn)證研究，使用ZFNs和攜帶IL2RG外顯子5的質(zhì)粒供體，實(shí)現(xiàn)了K562和T細(xì)胞中IL2RG基因的功能校正；盡管校正率不高[155]。隨后，San Raffaele Telethon基因治療研究所持續(xù)努力，建立理想的培養(yǎng)條件和交付編輯成分的時(shí)間，在患者來(lái)源的HSC（包括原始HSC）中實(shí)現(xiàn)了大量ZFN介導(dǎo)的IL2RG基因敲入置換[43156]。最近，另外兩項(xiàng)研究表明，使用ZFNs或CRISPR/Cas9對(duì)X-SCID患者源性hsc中的IL2RG位點(diǎn)進(jìn)行高HDR介導(dǎo)的編輯，利用p53抑制和基于AAV6的供體遞送，使得校正細(xì)胞對(duì)NSG小鼠移植物的貢獻(xiàn)高達(dá)40%[98，159]。

3.2.2. Wiskott–Aldrich綜合征（WAS）

Wiskott–Aldrich綜合征是一種罕見(jiàn)的（1:100000出生）X連鎖隱性PID，由編碼WASP蛋白的WAS基因功能缺失突變引起，WASP蛋白是大多數(shù)造血胞系中肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架和免疫突觸形成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[204]。受影響的患者通常表現(xiàn)為血小板減少癥、反復(fù)性感染和濕疹，并且極易發(fā)生腫瘤和自身免疫性疾病。盡管臨床上的病人治療與健康管理有所改進(jìn)，包括常規(guī)血小板輸注以及抗生素、抗病毒藥物和抗真菌藥物的應(yīng)用，但對(duì)于嚴(yán)重型WAS患者，其預(yù)期壽命仍?xún)H為15年。利用ZFN介導(dǎo)的WAS轉(zhuǎn)基因整合，為基于基因編輯的WAS校正提供了概念證明，該整合通過(guò)編輯患者源性IPSC后進(jìn)行的[160]。最近，通過(guò)結(jié)合CRISPR/Cas9和AAV6供體載體，Rai等人在患者來(lái)源的HSC中實(shí)現(xiàn)了高達(dá)60%的治療性WAS cDNA靶向整合，從而為更有效、更安全的基于編輯的WAS治療方法奠定了基礎(chǔ)[161]。
 

3.2.3. 慢性肉芽腫性疾?。–GD）

由吞噬細(xì)胞煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NADPH）酶復(fù)合物的任何亞單位的遺傳畸變引起，常染色體隱性（p22phox、p40phox、p47phox和p67phox）或X連鎖（gp91phox）慢性肉芽腫性， 是最罕見(jiàn)（1:200000出生）的PID之一。慢性肉芽腫性患者通常表現(xiàn)出對(duì)嚴(yán)重細(xì)菌和真菌感染的易感性增強(qiáng)，并由于無(wú)法解決相應(yīng)的炎癥而處于超級(jí)炎癥狀態(tài)。治療方式包括終身抗生素/抗真菌預(yù)防以及采用干擾素-γ進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)。X連鎖CGD占CGD病例的60%以上，是迄今為止所有臨床慢性肉芽腫性試驗(yàn)的目標(biāo)。同樣地，常染色體隱性遺傳慢性肉芽腫性迄今為止只能通過(guò)基于IPSC和細(xì)胞系的編輯來(lái)解決[168169205]，而一些關(guān)于X連鎖慢性肉芽腫性的研究已經(jīng)在HSC上進(jìn)行了。在2016年的一項(xiàng)研究中，ZFNs和基于AAV6的供體模板實(shí)現(xiàn)了編碼gp91phox蛋白的CYBB轉(zhuǎn)基因靶向整合到惰性（“安全港”）AAVS1位點(diǎn)，并證明移植后17周細(xì)胞在NSG小鼠的骨髓中植入[97]。在采用CRISPR/Cas9與ssODN聯(lián)合的進(jìn)一步研究中，同一組最初報(bào)告X-CGD患者源性HSC中CYBB 676C>T點(diǎn)突變，在短暫抑制p53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)之前有12–31%靶向糾正[167]，使用健康供體細(xì)胞作為陽(yáng)性對(duì)照，gp91phox陽(yáng)性的長(zhǎng)期再生細(xì)胞水平高達(dá)80%[89]。
 

3.2.4. 免疫調(diào)節(jié)性多內(nèi)分泌腎病X連鎖腸?。↖PEX）

IPEX是一種罕見(jiàn)的X連鎖疾病，全球已知病例不到300例，以T細(xì)胞缺陷和自身免疫為特征，由調(diào)節(jié)性T（Treg）細(xì)胞的主要調(diào)節(jié)因子FOXP3基因突變引起[206，207]。盡管將FOXP3基因添加到具有組成性表達(dá)的CD4+T細(xì)胞中具有治療作用，但跨多個(gè)亞系的終身校正需要使用HSC進(jìn)行生理性表達(dá)[208,209]。為此，最近通過(guò)CRISPR/Cas介導(dǎo)的位點(diǎn)特異性整合到FOXP3內(nèi)基因的第一個(gè)編碼外顯子中，利用4.4kb HDR供體進(jìn)行基于AAV6的遞送，進(jìn)行了基于HSC的修復(fù)[170]。除了1.3kb的FOXP3 cDNA外，供體還包括截短的神經(jīng)元生長(zhǎng)因子受體（tNGFR），作為臨床兼容的選擇標(biāo)記，使tNGFR陽(yáng)性細(xì)胞富集到29±8%，并在NSG衍生小鼠中長(zhǎng)期重建免疫系統(tǒng)。免疫系統(tǒng)重建率低，部分原因可能是供體結(jié)構(gòu)中含有1.6-kb tNGRF表達(dá)盒[106]。
 

3.2.5. 高IgM綜合征（HIGM）

高IgM（HIGM）綜合征的特征是缺陷B細(xì)胞超突變和重組，這阻止免疫球蛋白類(lèi)型從IgM轉(zhuǎn)換為其他免疫球蛋白型，從而導(dǎo)致對(duì)微生物感染的易感性[210]。作為一組疾病，HIGM 1型到5型是由影響DNA脫氨基（AICDA）、DNA斷裂（UNG）和CD40信號(hào)（CD40，CD40LG）的基因突變引起的，后者為通過(guò)B細(xì)胞與T細(xì)胞的相互作用來(lái)誘導(dǎo)類(lèi)別轉(zhuǎn)換所需要。大多數(shù)HIGM患者為男性，受X 連鎖高IgMp綜合征影響，由影響T細(xì)胞表達(dá)CD40配體CD4OL的突變引起。由IPEX引起的HIGM, 矯正T細(xì)胞所提供的治療效果較短[171],w但是治療效應(yīng)又一次的必需依賴(lài)在HSC水平上的的矯正，一是因?yàn)榧?xì)胞的壽命，二是對(duì)于CD40和CD40LG來(lái)說(shuō)，其他細(xì)胞如粒細(xì)胞也表達(dá)[211]。此外，CD40LG的高度調(diào)節(jié)瞬時(shí)表達(dá)似乎是避免惡性腫瘤所必需的[212]。為了解決HIGM1的所有這些問(wèn)題，Kuo等人利用TALEN和CRISPR/Cas9核酸酶將CD40 LG的cDNA靶向插入內(nèi)源性CD40LG啟動(dòng)子下游和導(dǎo)致HIGM1的任何已知突變的上游[99]。在這種情況下，基于AAV6的HDR供體遞送遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于基于IDLV的遞送，并且對(duì)HSC衍生細(xì)胞的集落形成分析和大體積培養(yǎng)分析顯示，兩種核酸酶平臺(tái)的基因修飾率均高達(dá)28%。在體內(nèi)研究中，移植導(dǎo)致60%的NSG小鼠出現(xiàn)胸腺重建，80%的NSG小鼠出現(xiàn)長(zhǎng)期移植細(xì)胞陽(yáng)性，平均整合率為4.4%。鑒于CD40LG/CD40相互作用的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，即使外周細(xì)胞中10%的校正也可能促進(jìn)治療水平上的類(lèi)別轉(zhuǎn)換，因此方法上的微小改進(jìn)可能足以在HIGM1患者中達(dá)到臨床相關(guān)療效。

 

3.3. 先天性細(xì)胞減少/遺傳性骨髓衰竭綜合征

先天性細(xì)胞減少癥，即一個(gè)或多個(gè)HSC衍生細(xì)胞系的先天缺失或減少，是由遺傳的或者是自發(fā)的影響骨髓的胚系突變引起的[213]。這些罕見(jiàn)貧血中最常見(jiàn)的是范科尼貧血（FA）、Shwachman-Diamond綜合征、Blackfan-Diamond貧血、先天性角化不良（DC）、先天性無(wú)核細(xì)胞血小板減少癥（CAMT）和網(wǎng)狀發(fā)育不良。在大多數(shù)情況下，尤其是早期治療，HSCT可顯著延長(zhǎng)生存期，盡管HSC譜系以外的綜合征特征，如FA和DC中的早發(fā)鱗狀細(xì)胞癌，尚未得到解決。同樣的局限性也適用于矯正自體造血干細(xì)胞的治療性應(yīng)用，其中受不同先天性細(xì)胞減少（包括FA）影響的造血干細(xì)胞具有作為矯正基質(zhì)的劣勢(shì)。然而，這可以通過(guò)校正細(xì)胞明顯的體內(nèi)增殖和存活優(yōu)勢(shì)得到補(bǔ)償[174]。迄今為止，在大多數(shù)先天性細(xì)胞減少的情況下，基因編輯僅限于在細(xì)胞系或模型系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[30214]，顯著的例外是FA的大量努力和成功（如下所述），以及CAMT CD34+細(xì)胞中基于突變特異性CRISPR/Cas修復(fù)的原理證明[181]。
 

范科尼貧血

FA是一種罕見(jiàn)的（1:100000）遺傳性疾病，其特征是所述22個(gè)FANC基因中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)生突變，導(dǎo)致DNA損傷反應(yīng)缺陷、身體異常和進(jìn)行性骨髓細(xì)胞生產(chǎn)不足。受影響的患者通常表現(xiàn)為骨髓衰竭、身體異常和器官缺陷，特別容易發(fā)生癌癥。早期臨床試驗(yàn)強(qiáng)調(diào)了從受影響患者中收集和處理自體HSC的挑戰(zhàn)，但同時(shí)證明了校正后的HSC比來(lái)自FA患者的突變HSC具有強(qiáng)大的植入能力和增殖優(yōu)勢(shì)[215]。到目前為止，許多研究小組已經(jīng)利用核酸酶介導(dǎo)的基因編輯作為基于LV的基因添加方法的替代方法[173,174,175,216]。由于FA患者骨髓生態(tài)位的廣泛損傷以及HSC的數(shù)量和質(zhì)量較差，早期概念驗(yàn)證研究使用FA患者來(lái)源的成纖維細(xì)胞作為模型，使用CRISPR/Cas9系統(tǒng)靶向FANC突變[173216]。然而，Diez等人除了FA患者來(lái)源的細(xì)胞系和健康的CD34+細(xì)胞外，還使用FA CD34+細(xì)胞來(lái)證明通過(guò)ZFN介導(dǎo)將FANCA供體引入AAVS1“安全港”位點(diǎn)來(lái)糾正FA表型的可行性[174]。Corn小組最近強(qiáng)調(diào)了有效利用HDR靶向FA致病突變的一個(gè)關(guān)鍵障礙，他們證明了FANC蛋白在Cas9介導(dǎo)的單鏈模板修復(fù)[217]和利用雙鏈供體DNA進(jìn)行基于HDR的修復(fù)[218]中的作用。值得注意的是，Román-Rodríguez通過(guò)采用NHEJ介導(dǎo)的破壞來(lái)引入代償性突變，從而繞過(guò)了這一困難，從而恢復(fù)了FANCA、-C、-D1和-D2基因的表達(dá)[175]?；蛘?，基于HDR的修復(fù)的小分子抑制劑可用于提高HDR效率，即使在FA背景下也是如此[218]。

 

3.4. 遺傳性出血和凝血障礙

出血和凝血障礙包括出血時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（血友?。┖推渌俣冗^(guò)快（血栓性/高凝性）的情況，其極端形式可能致命。這兩種疾病可以互相解除復(fù)雜的血液酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)的調(diào)節(jié)，該級(jí)聯(lián)反應(yīng)在沒(méi)有損傷的情況下通常保持不活動(dòng)，并且在檢測(cè)到內(nèi)皮細(xì)胞和內(nèi)皮下細(xì)胞受損時(shí)通過(guò)血栓形成有效地密封血管壁。血友病和血栓性突變是共同的疾病修飾因子，因此血栓性風(fēng)險(xiǎn)因子的共同遺傳導(dǎo)致血友病較溫和的表型[219]。對(duì)于血栓性疾病，致病突變包括因子V Leiden和2021G>A凝血酶原突變，在罕見(jiàn)但通常更嚴(yán)重的病例中，是抗凝血酶III、蛋白C和蛋白S的突變[220]。對(duì)于血友病，X染色體編碼凝血因子VIII和IX中總共有1000個(gè)以上突變分別引起血友病A和B，而第4號(hào)染色體席因子X(jué)I突變引起血友病C[221]。在出血和凝血障礙中，迄今為止所有處于進(jìn)展期的臨床前和臨床基因治療研究都集中于血友病A或B。

 

血友病

凝血因子VIII和IX的自然產(chǎn)生發(fā)生在肝臟中，因此大多數(shù)已發(fā)表的基因治療方法使用AAV載體在肝細(xì)胞中進(jìn)行體內(nèi)基因添加或基因編輯[179,222,224]。特別值得注意的是其原量為，在ZFN介導(dǎo)的靶向整合后，在內(nèi)源性白蛋白基因啟動(dòng)子的控制下，因子VIII和IX的cDNA表達(dá)原理[225]。然而，有幾種新方法采用體外操作HSC來(lái)研發(fā)治療方案[226]。例如，基于HSC的慢病毒基因添加方法的臨床試驗(yàn)包括系統(tǒng)表達(dá)因子VIII或IX[227228]和表達(dá)血小板保留因子VIII，以避免因子VIII不必要地暴露于免疫系統(tǒng)[229]。編輯方法現(xiàn)在利用了HSC衍生表達(dá)的相同原理，包括在內(nèi)源性α-珠蛋白啟動(dòng)子控制下靶向整合因子IX cDNA[162]，其中，可分散因子的高水平表達(dá)可補(bǔ)償?shù)驼闲屎偷颓逗系慕?jīng)過(guò)編輯的長(zhǎng)期再植入HSC。
 

3.5. 血液之外

除了應(yīng)用于血液疾病外，HSCT還可以在噬血細(xì)胞疾病中替代作用于實(shí)體器官的吞噬細(xì)胞，或在代謝疾病或蛋白質(zhì)缺乏癥中終身提供或其他蛋白質(zhì)治療[3]。在所有這些情況下，基于對(duì)自體造血干細(xì)胞甚至超越造血干細(xì)胞的衍生組織的修飾，基因治療和基因編輯可能再次獲得與傳統(tǒng)造血干細(xì)胞移植相同的治療效果，但不存在與異基因移植相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。在血液循環(huán)之外，基于HSC的蛋白質(zhì)遞送的絕大多數(shù)研究和成功都是針對(duì)先天性代謝紊亂的，但新的靶點(diǎn)正在出現(xiàn)。

3.5.1. 先天性代謝錯(cuò)誤（IEMs）

IEM描述了一大類(lèi)異質(zhì)性遺傳疾病，通常由酶或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白缺陷以及共同代謝途徑中的相應(yīng)阻斷引起。這會(huì)導(dǎo)致大分子的毒性積聚和細(xì)胞功能障礙。單一的IEM很少見(jiàn)，但作為一類(lèi)疾病，IEM的發(fā)病率因人群而不同，可高達(dá)1:800。苯丙酮尿癥（PKU）和中鏈?；o酶A脫氫酶（MCAD）缺乏癥（發(fā)病率分別為1:10000和1:20000）是最常見(jiàn)的疾病[230]。在更常見(jiàn)的IEM中，溶酶體儲(chǔ)存疾病是一組約50種罕見(jiàn)的遺傳性代謝紊亂，由溶酶體功能缺陷引起。IEM的其他主要類(lèi)別是糖原儲(chǔ)存障礙和過(guò)氧化物酶體障礙[231]。姑息性治療，例如通過(guò)酶替代療法，成本高昂，且并非普遍有效。與血友病類(lèi)似，代謝性疾病可通過(guò)體內(nèi)編輯肝細(xì)胞和內(nèi)源性白蛋白啟動(dòng)子控制下的酶表達(dá)來(lái)治療，如在Fabry病、Gaucher病和Hurler和Hunter綜合征缺乏蛋白質(zhì)的小鼠中所證明的[225]。重要的是，在20多年的時(shí)間里，對(duì)這些疾病采用富酶細(xì)胞進(jìn)行HSCT治療已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)20多年。因?yàn)槿狈Φ拿傅牟煌凹膊‰A段不同，成功程度不一樣[232]。這促使Pavani等人在HSC中進(jìn)行靶向整合，以解決Fabry病、Wolman病和Hurler綜合征潛在的酶缺陷，這與他們?cè)谕谎芯恐?alpha;-珠蛋白啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)治療血友病的凝血酶驅(qū)動(dòng)因子表達(dá)的研究一致[162]。至于出血性疾病，HSC的高水平表達(dá)和易于操作的潛力可能使HSC衍生的可溶性因子表達(dá)對(duì)于代謝和其他疾病的未來(lái)治療具有極大的重要性。
 

3.5.2. 神經(jīng)病

HSC來(lái)源的細(xì)胞可以通過(guò)血腦屏障，從而促進(jìn)相互作用的工程性改變或蛋白質(zhì)分泌，具有治療效果。這一點(diǎn)可以通過(guò)釋放促凋亡化合物來(lái)實(shí)現(xiàn)小鼠腦腫瘤的減少[233]。基于基因編輯技術(shù)的這一策略最近的一個(gè)顯著發(fā)展是應(yīng)用于Friedreich共濟(jì)失調(diào)，這是一種由FXN基因中致病性GAA三核苷酸重復(fù)擴(kuò)增引起的神經(jīng)退行性疾病。將正常HSC移植到該疾病的小鼠模型中，可以將正常蛋白質(zhì)從HSC衍生的免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受影響的神經(jīng)元和心肌細(xì)胞，從而產(chǎn)生治療效果[234]。為了通過(guò)移植校正的HSC實(shí)現(xiàn)相同原理的臨床轉(zhuǎn)化，CRISPR/Cas介導(dǎo)的人類(lèi)HSC中GAA重復(fù)的切除允許正常線粒體功能和細(xì)胞的造血分化[235]。

 

3.6. 后天性和復(fù)雜性疾病

本綜述中的治療應(yīng)用和疾病實(shí)例集中于HSC編輯在遺傳性疾病，特別是單基因疾病治療中的應(yīng)用。然而，值得注意的是，HSC和相應(yīng)譜系的基因編輯也被用于對(duì)抗獲得性和復(fù)雜疾病，包括感染和癌癥，最近在其他地方進(jìn)行了綜述[236,237,238,239]。前者的一個(gè)突出例子是針對(duì)HIV相關(guān)獲得性免疫缺陷綜合征（HIV/AIDS）的抗性改造，其中CD4共受體CCR5和趨化因子受體CXCR4介導(dǎo)不同HIV毒株的感染，并可在T細(xì)胞或HSC中編輯或沉默，以使HIV靶細(xì)胞對(duì)病毒產(chǎn)生抗性[182,183,184,240]?；蚓庉嬙诎┌Y中最突出的應(yīng)用，具有廣泛的臨床意義，是在創(chuàng)造嵌合抗原受體T和NK細(xì)胞，用于有效的腫瘤免疫治療[239]。除了應(yīng)用于治療之外，HSC中的基因編輯已經(jīng)有助于全基因組基因篩查，有助于對(duì)腫瘤和其他復(fù)雜或獲得性疾病的潛在途徑和驅(qū)動(dòng)基因的理解，HSCT目前被用作對(duì)這些疾病治療方式[241,243,244]。由于單個(gè)細(xì)胞的逃逸在腫瘤性疾病中是有害的，特別是對(duì)于影響HSC及其后代的非腫瘤性復(fù)雜疾病的治療，基因編輯在未來(lái)可能具有直接的治療作用。這些疾病中有許多具有遺傳成分或特征的細(xì)胞途徑變化，作為治療目標(biāo)的暫定指標(biāo)[245,246]。

 

4.臨床應(yīng)用過(guò)程中的突出挑戰(zhàn)

基于50多年的HSCT經(jīng)驗(yàn)和無(wú)數(shù)臨床前試驗(yàn)和120多項(xiàng)臨床試驗(yàn)的知識(shí)，包括通過(guò)基因添加進(jìn)行的基于HSC的基因治療干預(yù)，使用HSC的基因編輯療法在不到十年的時(shí)間內(nèi)從試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)移到了床邊。除了細(xì)胞分離和培養(yǎng)方面的持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新外，基因添加試驗(yàn)和通過(guò)建立相應(yīng)的商業(yè)、制造、臨床和供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品的開(kāi)創(chuàng)性商業(yè)化加快了基因編輯的臨床應(yīng)用，并啟動(dòng)相應(yīng)監(jiān)管機(jī)構(gòu)和準(zhǔn)則的國(guó)際協(xié)調(diào)[84]。特別是在基因編輯方面，現(xiàn)有的應(yīng)用已經(jīng)顯示出高度的通用性，以及潛在的安全性和有效性，超出了基因添加所能實(shí)現(xiàn)的范圍。然而，許多挑戰(zhàn)和缺點(diǎn)仍然存在。

 

4.1. 技術(shù)挑戰(zhàn)和實(shí)際限制

高效的HSC細(xì)胞內(nèi)傳遞、微調(diào)的編輯器活性和可編程編輯器的高度特異性是成功臨床應(yīng)用的先決條件。除了編輯技術(shù)本身，臨床試驗(yàn)方案需要考慮的參數(shù)包括HSC來(lái)源和質(zhì)量、患者的健康狀況、疾病和修飾基因型以及實(shí)驗(yàn)條件方案的選擇。在所有這些因素中，細(xì)胞材料的選擇、適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)、編輯的正確性和避免骨髓消融（如通過(guò)體內(nèi)程序）是優(yōu)化的重要目標(biāo)。

4.1.1. 細(xì)胞產(chǎn)量和組成

根據(jù)目前的方案，獲得足夠數(shù)量的造血干細(xì)胞進(jìn)行有效的體外基因改造和后續(xù)移植可能并不總是可能的，因?yàn)槟承┘膊?huì)影響骨髓并降低造血干細(xì)胞的數(shù)量和質(zhì)量。原始HSC的微妙性質(zhì)以及在制造過(guò)程中濃縮、培養(yǎng)、冷凍和解凍過(guò)程可能造成的細(xì)胞損失，加劇了這種情況[247]。因此，為了改善LTR-HSC操作和較低的載體需求，需要針對(duì)相應(yīng)的細(xì)胞產(chǎn)量損失，對(duì)CD34+細(xì)胞的HSC特異性亞組進(jìn)行富集。此外，據(jù)報(bào)道，輸注經(jīng)基因編輯的造血干細(xì)胞和未經(jīng)基因編輯的造血祖細(xì)胞的混合群體可以改善移植和造血重建[75,77]，這些造血祖細(xì)胞可能已免于體外培養(yǎng)和基因操作。因此，除了大多數(shù)臨床試驗(yàn)方案要求少量（1.5–2.0×106 CD34+/kg）未經(jīng)修飾的造血干細(xì)胞在植入失敗時(shí)作為“后備”儲(chǔ)存外，保存和對(duì)未操縱的細(xì)胞進(jìn)行祖細(xì)胞選擇與編輯的細(xì)胞聯(lián)合移植可能會(huì)改善自體HSCT后的髓系重建。
 

4.1.2. 保持干性

高效體外編輯HSC需要培養(yǎng)HSC，但已證明對(duì)其干細(xì)胞特性和植入能力有負(fù)面影響。為了克服這個(gè)問(wèn)題，在培養(yǎng)方案中引入了許多干細(xì)胞生態(tài)位調(diào)節(jié)因子（PGE2、SR1和UM171），以維持和擴(kuò)大有助于移植的最原始的具有長(zhǎng)期再植入能力HSC部分。包括這些調(diào)節(jié)物的進(jìn)一步的臨床安全性和可行性研究，將允許評(píng)估它們的能力，以確保在無(wú)副作用的情況下保存基因編輯的HSC的長(zhǎng)期多系潛能[248,249]。

4.1.3. 精密修復(fù)

容易出錯(cuò)的NHEJ介導(dǎo)修復(fù)的優(yōu)勢(shì)和在最原始的HSC中HDR的有限效率一直是HSC基因編輯療法的一個(gè)長(zhǎng)期挑戰(zhàn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)堿基編輯的DSB獨(dú)立正確編輯已經(jīng)顯示出其在HSC正確修復(fù)中的臨床轉(zhuǎn)化潛力[191，197]并且由于引物編輯開(kāi)始在原代細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)高效率的正確編輯[250]。為了提高基于DSB的HSC正確編輯，許多研究致力于抑制NHEJ、提高HDR或調(diào)節(jié)核酸酶活性，而延長(zhǎng)活化時(shí)間和允許在不損害其功能特性的情況下建立HSC HDR增強(qiáng)條件的最佳條件仍然是難以捉摸的[86,88,251]。此外，去除未經(jīng)編輯的原始干細(xì)胞（可能與經(jīng)編輯的細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)植入）可能提供一種替代途徑，以彌補(bǔ)編輯效率和HDR頻率不足[106,113]，盡管使用可選擇標(biāo)記進(jìn)行移植可能有其自身的缺點(diǎn)[106,170]。
 

4.1.4. 走向更安全的調(diào)節(jié)和體內(nèi)編輯

體外HSC編輯與臨床試驗(yàn)中的不良事件有關(guān)，特別是患者準(zhǔn)備已成為多項(xiàng)研究中的一個(gè)改進(jìn)目標(biāo)。在某些情況下，如X-SCID，使用細(xì)胞毒性烷化劑（如白消安）進(jìn)行有效骨髓消融與治療相關(guān)死亡率升高相關(guān)，在X-SCID中，發(fā)現(xiàn)使用混合藥物進(jìn)行溫和準(zhǔn)備足以使B細(xì)胞的供體細(xì)胞重建[252253254]。其他PID，其中替代條件必須在個(gè)體基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)估[254]，血紅蛋白病也是如此[255，256]。對(duì)于其他疾病，如FA，無(wú)需有效準(zhǔn)備即可實(shí)現(xiàn)有效治療[14]，而創(chuàng)新的選擇性調(diào)理方法，如靶向CD117或CD300f的細(xì)胞特異性藥物遞送，以及使用非基因毒性藥物，如saporin，正在對(duì)一系列疾病進(jìn)行研究，以將治療相關(guān)的造血惡性腫瘤風(fēng)險(xiǎn)降至最低[55，257，258，259]。

重要的是，使用基于病毒或基于脂質(zhì)的納米顆粒對(duì)HSC進(jìn)行體內(nèi)基因編輯可能有效避免預(yù)處理，并可能通過(guò)提供潛在更安全和更易于應(yīng)用的治療方案在HSC基因編輯療法方面取得突破。然而，到目前為止，這只應(yīng)用于小鼠模型[59,62，150]，擴(kuò)大這一過(guò)程將帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。這種方法的好處不僅包括其不依賴(lài)于骨髓消融和細(xì)胞分離程序，而且避免了作為治療產(chǎn)品的患者特異性修飾細(xì)胞周?chē)奈锪?，盡管目前它的主要缺點(diǎn)包括亞治療效率和編輯靶細(xì)胞甚至生殖細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn)。值得注意的是，HSCT治療的大多數(shù)疾病是隱性的，通常與蛋白質(zhì)數(shù)量或功能減少有關(guān)。鑒于生物系統(tǒng)中頻繁的功能冗余和體內(nèi)選擇的校正細(xì)胞，因此僅校正一部分患病細(xì)胞通常足以逆轉(zhuǎn)疾病病理學(xué)和改善癥狀。事實(shí)上，移植后隨訪研究表明混合造血嵌合體低至10–30%，與SCD、地中海貧血、SCID和其他PID患者的臨床癥狀改善和不再依賴(lài)于輸血有關(guān)[260，261]。
 

4.2. 安全

基于基因編輯的治療是一個(gè)相對(duì)年輕的研究領(lǐng)域，盡管已經(jīng)取得了顯著的成就，但關(guān)于長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)、編輯效應(yīng)的持續(xù)性以及基因編輯的造血干細(xì)胞的安全性的數(shù)據(jù)仍然缺失。從最初用于基因添加的γ-逆轉(zhuǎn)錄病毒和慢病毒載體長(zhǎng)達(dá)十年的臨床應(yīng)用中獲得的一個(gè)關(guān)鍵教訓(xùn)是，即使在最有責(zé)任心和知識(shí)最淵博的參與者手中，每一項(xiàng)新的ATMP技術(shù)都會(huì)帶來(lái)殘余風(fēng)險(xiǎn)和揮之不去的未知因素[262]。此外，在臨床基因添加試驗(yàn)的隨訪期間可能進(jìn)行的克隆分析揭示了克隆HSC潛伏期的階段和對(duì)血液重建的貢獻(xiàn)[73263]，這也將決定基因編輯試驗(yàn)的有效性和長(zhǎng)期安全性。展望未來(lái)，與基因添加面臨的風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)，目前基因編輯技術(shù)的主要關(guān)注點(diǎn)包括DSB誘導(dǎo)的危險(xiǎn)性、編輯細(xì)胞的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、治療的免疫原性以及風(fēng)險(xiǎn)與效益的總體比例。

4.2.1. DSB誘導(dǎo)

核酸酶介導(dǎo)的基因編輯可觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)防御機(jī)制和下游反應(yīng)，影響HSC的增殖、存活和分化[264]。特別是，由于傳統(tǒng)核酸酶編輯器對(duì)高效DSB誘導(dǎo)的固有依賴(lài)性，可能會(huì)導(dǎo)致p53介導(dǎo)的DNA損傷反應(yīng)、細(xì)胞周期阻滯或HSC干細(xì)胞干性的改變，因此產(chǎn)生了安全問(wèn)題[41,46，265]。幾項(xiàng)研究表明，暫時(shí)抑制p53會(huì)降低DNA損傷反應(yīng)并增加HDR水平[89,98,159]，但鑒于p53的腫瘤抑制功能，需要進(jìn)一步的工作來(lái)評(píng)估使用此類(lèi)抑制劑的安全性，在這種情況下，即使是特定于目標(biāo)的DSB依賴(lài)性編輯事件也會(huì)導(dǎo)致造血異常[46,47,48,49，266]。由于單一靶向DSB事件可能已經(jīng)引發(fā)染色體重排，并可能帶來(lái)災(zāi)難性后果，因此，在序列類(lèi)似的非靶向位點(diǎn)上的無(wú)意切割將加劇重組事件的發(fā)生或可能誘發(fā)indel形成，可能通過(guò)癌基因的反式激活或腫瘤抑制基因的失活導(dǎo)致不良事件。因此，與基因添加的插入突變風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)似，HSC中用于基因編輯的非靶向突變風(fēng)險(xiǎn)因其獨(dú)特的自我更新和多能性而引起長(zhǎng)期安全問(wèn)題。值得注意的是，nickase介導(dǎo)的堿基和引物編輯工具可能會(huì)像基于DSB的編輯器一樣顯示序列依賴(lài)的非靶點(diǎn)活動(dòng)，但它們?cè)诎悬c(diǎn)和非靶點(diǎn)誘導(dǎo)DSB和INDEL的傾向性大大降低。因此，在可能的情況下，基于DSB的編輯越來(lái)越多地被堿基編輯或引物要編輯技術(shù)所取代，盡管后者仍需進(jìn)行大量?jī)?yōu)化[267]。

4.2.2. 長(zhǎng)期穩(wěn)定性

在最終的基因編輯產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)持續(xù)的和治療相關(guān)的校正水平是治療中最關(guān)鍵的方面之一。盡管據(jù)報(bào)道在大多數(shù)臨床前研究中獲得了良好的基因編輯產(chǎn)物植入率，但最近的研究表明在移植后8-16周內(nèi)編輯細(xì)胞的頻率降低[81,87，106]。這是由于原始造血干細(xì)胞的基因編輯效率低下，還是由于它們?cè)隗w外培養(yǎng)和操作后無(wú)法自我更新，仍有待確定。目前，大多數(shù)基于HSC基因編輯的臨床研究仍處于早期階段，加上通常較小的樣本量，損害了對(duì)編輯后的HSC在體內(nèi)長(zhǎng)期行為的一般預(yù)測(cè)。

4.2.3. 免疫原性

設(shè)計(jì)核酸酶的體內(nèi)傳遞比體外應(yīng)用面臨更大的障礙，因?yàn)閷⑼鈦?lái)顆粒引入人體會(huì)產(chǎn)生免疫原性，因此患者需要接受免疫抑制治療。這對(duì)于CRISPR/Cas平臺(tái)的體內(nèi)基因編輯尤其重要，因?yàn)橥ǔｎA(yù)先存在對(duì)蛋白質(zhì)成分的免疫力[109]。因此，除了累積非靶點(diǎn)突變的風(fēng)險(xiǎn)外，長(zhǎng)期暴露于Cas9的潛在免疫原性也是編輯成分高度瞬時(shí)表達(dá)的另一個(gè)理由。未來(lái)應(yīng)對(duì)基因編輯挑戰(zhàn)的其他方法可能是常規(guī)免疫抑制方案[268]，治療前自體調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的體外擴(kuò)增和再融合[269]，或者更根本的是，Cas9的靶向表位消除[270]或其先前不可能存在暴露的Cas9變異體。

4.2.4. 風(fēng)險(xiǎn)獲益合理性

與早期X-SCID基因添加試驗(yàn)中白血病病例后基因治療領(lǐng)域普遍遭受挫折類(lèi)似，任何基于HSC基因編輯的治療不良事件都可能危及整個(gè)治療類(lèi)別的社會(huì)支持。此外，支持性治療的進(jìn)展以及許多遺傳性疾病患者生活質(zhì)量和生存率的提高要求仔細(xì)評(píng)估基因編輯療法與傳統(tǒng)療法相比的潛在風(fēng)險(xiǎn)和益處。對(duì)于總是致命的遺傳性疾病或?qū)ΤＲ?guī)治療無(wú)反應(yīng)的患者，基因編輯的風(fēng)險(xiǎn)策略似乎是可以接受的，而對(duì)于其他情況則不會(huì)。即使在沒(méi)有不良事件的情況下，不負(fù)責(zé)任地使用編輯技術(shù)也是不可接受的，并將正確地引起社會(huì)反彈，正如2018年有效無(wú)償且技術(shù)上有缺陷地使用生殖系編輯來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)前抗艾滋病毒的情況所觀察到的那樣[271]。

4.3. 成本和公眾訪問(wèn)

在過(guò)去十年中，ATMP產(chǎn)品市場(chǎng)大幅擴(kuò)張，預(yù)計(jì)到2025年價(jià)值將超過(guò)112億美元[272]。然而，ATMPs的高成本阻礙了其廣泛應(yīng)用，這部分是基于對(duì)患者和醫(yī)療機(jī)構(gòu)支付意愿的精明評(píng)估，但也基于高開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本、高安全標(biāo)準(zhǔn)，與績(jī)效相關(guān)的報(bào)銷(xiāo)模式和目前臨床級(jí)試劑的短缺。盡管在2009年至2019年3月期間有14種ATMP獲得了市場(chǎng)授權(quán)，但有四種ATMP因商業(yè)原因已被撤回，而基因添加β-血紅蛋白病藥物Zynteglo因價(jià)格分歧剛剛從歐洲最大的單一經(jīng)濟(jì)體德國(guó)撤回[273]。這些事件表明，在基于HSC的一次性治療性ATMP的新興業(yè)務(wù)中，剩余的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是獲得治療以及產(chǎn)品和服務(wù)的可負(fù)擔(dān)性和商業(yè)可持續(xù)性。
 

4.3.1. 可及性

盡管投資者和公眾越來(lái)越感興趣，但基于基因治療的ATMP在臨床評(píng)估和批準(zhǔn)后面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是成本和患者可及性。驅(qū)動(dòng)高成本的一個(gè)主要因素是生產(chǎn)GMP級(jí)HSC所需的大量臨床（良好生產(chǎn)規(guī)范，GMP）級(jí)產(chǎn)品。與通常使用0.2–1×106 CD34+細(xì)胞進(jìn)行的研究規(guī)模細(xì)胞編輯不同，臨床規(guī)模細(xì)胞編輯和移植的目標(biāo)劑量為2–20×106 CD34+細(xì)胞/kg，這消耗了大量昂貴的GMP級(jí)試劑和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和質(zhì)量認(rèn)證所需的分析。此外，對(duì)于一些疾病，可能需要對(duì)多個(gè)造血細(xì)胞系進(jìn)行體外基因編輯評(píng)估，這進(jìn)一步增加了制造過(guò)程的長(zhǎng)度和成本。此外，全球只有少數(shù)醫(yī)療中心在基因治療和基因編輯治療方面擁有臨床水平的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這縮短了供應(yīng)，需要細(xì)胞和試劑轉(zhuǎn)移，并進(jìn)一步限制了患者獲得治療的機(jī)會(huì)。制藥公司和學(xué)術(shù)界之間日益增強(qiáng)的伙伴關(guān)系有助于加速基因編輯技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化，同時(shí)可能會(huì)扼殺針對(duì)少數(shù)患者群體的罕見(jiàn)和可能無(wú)利可圖疾病的ATMPs開(kāi)發(fā)。此外，許多受遺傳性血液病影響的患者生活在發(fā)展中國(guó)家，如非洲的SCD患者和中東和南洋的許多地中海貧血患者，而ATMP的業(yè)務(wù)和研究則在別處進(jìn)行。ATMPs中利益相關(guān)者的地理分布，加上相關(guān)公司提供投資回報(bào)的壓力，提出了一個(gè)問(wèn)題，即是否會(huì)推動(dòng)新興和救生治療的普及，并使大多數(shù)患者負(fù)擔(dān)得起。

4.3.2. 可持續(xù)性和負(fù)擔(dān)能力

為了使基于自體HSC基因編輯的療法滿(mǎn)足其潛力，需要開(kāi)發(fā)新的財(cái)務(wù)模型和報(bào)銷(xiāo)政策和流程，以使患者能夠獲得這些治療，同時(shí)允許公司蓬勃發(fā)展。遺憾的是，鑒于患者群體規(guī)模通常較小，且為個(gè)體患者量身定制的制造過(guò)程冗長(zhǎng)復(fù)雜，ATMP通常被視為商業(yè)價(jià)值低、商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高的產(chǎn)品。此外，大多數(shù)可通過(guò)編輯HSC治療的疾病都是由多個(gè)基因的大量突變引起的，在沒(méi)有通用疾病修飾劑的情況下，這些突變會(huì)成倍增加ATMP開(kāi)發(fā)工作和投資，從而將治療推向市場(chǎng)和患者。通過(guò)體內(nèi)HSC基因編輯可以降低成本，這將在概念上提供一個(gè)更優(yōu)雅的制造和供應(yīng)系統(tǒng)，利用可直接給患者服用的現(xiàn)成產(chǎn)品。為了取得進(jìn)一步進(jìn)展，需要克服與靶組織特異性、免疫原性、生物分布和療效相關(guān)的主要障礙。類(lèi)似地，子宮內(nèi)基因治療的概念[58,60,61]為早期臨床干預(yù)提供了機(jī)會(huì)，大大減少了GMP級(jí)試劑的使用，可能為需要資源的體外HSC基因編輯提供了另一種解決方案。為了在這方面取得進(jìn)一步的進(jìn)展，需要首先在大型動(dòng)物模型和新的立法和指南中提供更多的數(shù)據(jù)。無(wú)論如何，支付治療的意愿不僅要考慮替代治療的年度和終身成本，還需要考慮由于患者生產(chǎn)力的降低而產(chǎn)生的間接成本以及與患者及其家屬的疼痛和心理痛苦相關(guān)的無(wú)形成本?？紤]到社會(huì)成本，隨著不斷發(fā)展，進(jìn)一步降低開(kāi)發(fā)和治療成本，在未來(lái)幾年，通過(guò)HSC基因編輯進(jìn)行治療可能成為越來(lái)越多的慢性病患者負(fù)擔(dān)得起和合理的治療方法。
 

5.結(jié)論

HSC的分離、表征和操作方面的巨大進(jìn)步，加上日益多樣化的基因編輯工具組合，為疾病的潛在分子機(jī)制提供了新的見(jiàn)解，并為許多疾病的治療開(kāi)辟了新的領(lǐng)域，為許多至今無(wú)法治好的疾病的治療帶來(lái)希望。HSC與基因編輯工具相結(jié)合已經(jīng)在大量血液學(xué)和非血液學(xué)疾病的臨床前治療中顯示出成功。部分由于可編程核酸酶及其在體內(nèi)和臨床應(yīng)用的歷史相對(duì)較短，關(guān)于基因編輯產(chǎn)品在患者中的短期和長(zhǎng)期副作用仍有許多未知因素。在可能的情況下，需要考慮無(wú)DSB技術(shù)、短期試劑暴露、LTR HSC編輯和安全細(xì)胞處理、治療前準(zhǔn)備或體內(nèi)治療方案，以降低患者的潛在風(fēng)險(xiǎn)。相應(yīng)地，GMP生產(chǎn)的透明度和標(biāo)準(zhǔn)化、臨床前安全性和有效性評(píng)估以及臨床隨訪都是必需的，更大患者群體的臨床試驗(yàn)和更長(zhǎng)的隨訪也需要如此，以確定這些干預(yù)措施的長(zhǎng)期療效和安全性。在目前通過(guò)基于HSC的基因編輯擴(kuò)大和改進(jìn)治療的軌道上，該技術(shù)可能很快成為許多威脅生命的疾病治療的標(biāo)準(zhǔn)，這反過(guò)來(lái)又需要標(biāo)準(zhǔn)化的國(guó)際監(jiān)管框架。實(shí)現(xiàn)基于HSC的自體基因編輯療法的前景將取決于臨床級(jí)試劑和程序的可擴(kuò)展性，以及這些新療法對(duì)需要的患者和社區(qū)的可承受性和可獲得性。

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