加州大学洛杉矶分校领导的研究使用碱基编辑来纠正导致罕见免疫缺陷的突变

加州大学洛杉矶分校领导的一项新研究表明，先进的基因组编辑技术可用作罕见且致命的遗传病 CD3 δ 严重联合免疫缺陷病的一次性治疗。

这种情况也称为 CD3 delta SCID，是由 CD3D 基因突变引起的，该突变阻止了血液干细胞正常发育 T 细胞所需的 CD3 delta 蛋白的产生。

如果没有 T 细胞，出生时患有 CD3 δ SCID 的婴儿将无法抵抗感染，如果不加以治疗，通常会在出生后的头两年内死亡。目前，骨髓移植是唯一可用的治疗方法，但该过程存在很大风险。

在发表在《细胞》杂志上的一项研究中，研究人员表明，一种称为碱基编辑的新基因组编辑技术可以纠正导致血液干细胞中 CD3 delta SCID 的突变，并恢复它们产生 T 细胞的能力。

这种潜在疗法是 Donald Kohn 博士和 Gay Crooks 博士实验室合作的结果，他们都是加州大学洛杉矶分校 Eli 和 Edythe Broad 再生医学和干细胞研究中心的成员，也是该研究的资深作者。

Kohn 的实验室之前已经开发出针对多种免疫系统缺陷的成功基因疗法，包括其他形式的 SCID。应加拿大阿尔伯塔儿童医院研究所的儿科血液学家和免疫学家 Nicola Wright 博士的要求，他和他的同事将注意力转向了 CD3 delta SCID，她伸出手来为她的患者寻找更好的治疗选择。

CD3 delta SCID 在加拿大和墨西哥之间迁移的门诺派社区中很普​​遍。“因为墨西哥没有对新生儿进行 SCID 筛查，所以我经常看到诊断较晚的婴儿在返回加拿大时病得很重，”赖特说。

当 Kohn 向他的实验室提出 Wright 的请求时，Grace McAuley(当时是加州大学洛杉矶分校大四结束时加入该实验室的助理研究员)提出了一个大胆的想法。

“Grace 建议我们尝试碱基编辑，这是我的实验室以前从未尝试过的一项非常新技术，”Kohn 说，他是微生物学、免疫学和分子遗传学以及儿科学的杰出教授。

碱基编辑是一种超精确的基因组编辑形式，使科学家能够纠正 DNA 中的单字母突变。DNA 由四种化学碱基组成，分别称为 A、T、C 和 G;这些碱基配对在一起形成 DNA 双螺旋阶梯结构中的“梯级”。

CRISPR-Cas9 等其他基因编辑平台通过切割染色体的两条链来改变 DNA，而碱基编辑则通过化学方式将一个 DNA 碱基字母更改为另一个碱基字母——例如，从 A 到 G——保持染色体完好无损。

“一开始我的学习曲线非常陡峭，当时碱基编辑根本行不通，”McAuley 说，他现在正在攻读医学博士。在加州大学圣地亚哥分校，是该研究的共同第一作者。“但我一直在向前推进。我的目标是帮助将这种疗法尽快安全地送到诊所。”

McAuley 联系了Broad Institute 的 David Liu，他是碱基编辑的发明者，就如何评估该技术在这一特定用途中的安全性提出建议。最终，McAuley 确定了一个碱基编辑器，该编辑器在纠正致病基因突变方面非常有效。

由于这种疾病极为罕见，为加州大学洛杉矶分校的研究获取患者干细胞是一项重大挑战。当 Wright 向研究人员提供由一名正在接受骨髓移植的 ​​CD3 delta SCID 患者捐赠的血液干细胞时，该项目得到了推动。

在三个实验室实验中，碱基编辑平均纠正了患者近 71% 的干细胞。

接下来，McAuley 与加州大学洛杉矶分校风湿病学临床讲师 Gloria Yiu 博士合作，测试修正后的细胞是否可以产生 T 细胞。Yiu 使用了人工胸腺类器官，这是 Crooks 实验室开发的干细胞衍生组织模型，模拟人类胸腺的环境——血液干细胞成为 T 细胞的器官。

当校正后的造血干细胞被引入人造胸腺类器官时，它们会产生功能齐全的成熟 T 细胞。

“因为人工胸腺类器官如此有效地支持成熟 T 细胞的发育，它是证明对患者干细胞进行碱基编辑可以修复这种疾病中所见缺陷的理想系统，”该研究的第一作者。

作为最后一步，McAuley 通过将校正后的干细胞移植到小鼠体内来研究它们的寿命。移植后四个月，修正后的细胞仍然存在，表明碱基编辑修正了真正的、自我更新的造血干细胞中的突变。研究结果表明，经过校正的血液干细胞可以长期存在并产生患者健康生活所需的 T 细胞。

“这个项目是团队科学的美丽图景，临床需求和科学专业知识相一致，”病理学和实验室医学教授克鲁克斯说。“每个团队成员都在使这项工作取得成功方面发挥了至关重要的作用。”

该研究团队目前正与 Wright 合作，研究如何将新方法用于加拿大、墨西哥和患有 CD3 delta SCID 婴儿的临床试验

这项研究由 Jeffrey Modell 基金会、国立卫生研究院、比尔和梅琳达盖茨基金会、霍华德休斯医学研究所、V 基金会和 AP Giannini 基金会资助。