NEJM：CRISPR-Cas9编辑HBG1和HBG2启动子治疗镰状细胞性贫血

镰状细胞性贫血是一种常染色体隐性遗传病，由编码成人血红蛋白β-珠蛋白亚基（α₂β_2）的HBB基因突变引起。最常见的镰状细胞病突变导致第六位原本的谷氨酸被替换成缬氨酸，导致镰状血红蛋白(α₂β^s₂)的产生，镰状血红蛋白在低氧浓度下聚合，红细胞呈镰状、坚硬而脆弱，导致微血管出现闭塞、溶血和炎症。

镰状细胞性贫血患者存在慢性贫血、复发性疼痛、进行性多器官损伤和早期死亡风险增加。其治疗包括使用羟基脲、抗P-选择素人源化单克隆抗体和输血等，但只是部分有效。唯一潜在的治愈方法是异基因造血干细胞移植（HSCT），但由于移植物排斥反应和移植物抗宿主病，只有不到20%的病人能接受治疗。

诱导胎儿血红蛋白是治疗镰状细胞性贫血的一种行之有效的策略，人类11p染色体上的β-珠蛋白基因簇中有5个同源的β-珠蛋白基因。成人血红蛋白(HbA)主要在出生后表达，其包含四个蛋白质亚基：两个β-珠蛋白和两个α-珠蛋白。β-珠蛋白基因突变会导致镰状细胞性贫血和β-地中海贫血。

胎儿发育期间表达另一种血红蛋白亚基γ-珠蛋白，γ-珠蛋白与α-珠蛋白结合形成胎儿血红蛋（HbF）。正常情况下，人类在出生后，BCL11A转录因子会抑制γ-珠蛋白的表达，从胎儿血红蛋白转换为成人血红蛋白。

从镰状细胞性贫血患者身上获得造血干细胞，用慢病毒载体编码红细胞表达的短发夹RNA来对抗BCL11A或通过成簇、规则间隔的短回文重复序列(CRISPR) -Cas9核酸酶系统靶向破坏BCL11A红细胞特异性增强子，随后进行自体HSCT，导致胎儿血红蛋白水平升高并减轻镰状细胞性贫血的症状。

通过造血干细胞的基因操作来提高胎儿血红蛋白水平的其他策略也存在，目前尚不清楚哪种策略在临床应用中最安全、最有效。国外研究团队在《新英格兰杂志》上发表研究论文，证实CRISPR-Cas9基因编辑疗法OTQ923，在治疗重度镰状细胞性贫血患者表现出了安全性和有效性。

OTQ923是一种自体、体外CRISPR-Cas9编辑的CD34⁺造血干细胞和祖细胞(HSPC)产物，具有靶向破坏HBG1和HBG2 (γ-珠蛋白)基因启动子的作用，可增加红细胞后代的胎儿血红蛋白表达。

研究团队首先使用CRISPR-Cas9编辑来自健康供者的CD34⁺HSPC的HBG1和HBG2启动子，然后评估红系分化后代中胎儿血红蛋白免疫染色幼红细胞(简称F细胞)的比例，从中找到了效率最高的gRNA-gRNA-68。临床前研究显示，CRISPR-Cas9和gRNA-68编辑的CD34⁺HSPC没有产生脱靶突变，并且在体外分化或异种移植到免疫缺陷小鼠后产生了高水平的胎儿血红蛋白。

后续团队在一项多中心1-2期临床研究中招募了严重镰状细胞性贫血患者，以评估OTQ923的安全性和不良反应。  

三名研究参与者在清髓预处理后接受了自体OTQ923治疗，随访时间6至18个月。随访结束时，所有受试者均植入并稳定诱导了胎儿血红蛋白(胎儿血红蛋白占总血红蛋白的19.0~26.8%)，胎儿血红蛋白广泛分布于红细胞中(F细胞占红细胞的69.7~87.8%)。在随访期间，镰状细胞性贫血的症状表现有所减轻。

该研究表明，CRISPR-Cas9破坏HBG1和HBG2基因启动子是诱导胎儿血红蛋白的有效策略。

参考文献：

Sharma Akshay,Boelens Jaap-Jan,Cancio Maria et al. HBG1CRISPR-Cas9 Editing of the  and  Promoters to Treat Sickle Cell Disease.[J] .N Engl J Med, 2023, 389: 820-832.