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“小剪刀”有望对癌症下手

来源:菲律宾太阳城申博2020-02-10 09:52

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  CRISPR基因编辑系统的三维图像 图片来源:宾夕法尼亚大学医学院

  剪掉艾滋病病毒、编辑RNA、应对抗生素耐药性……“基因剪刀”(CRISPR基因编辑技术)的应用范围正在不断扩大。

  近日,“基因剪刀”似乎开启了新篇章:科学家使用两种前沿方法——编辑DNA的CRISPR和利用免疫系统“哨兵”摧毁肿瘤的T细胞疗法,改进了癌症免疫疗法。

  经过基因编辑的免疫细胞在癌症患者接受治疗几个月后仍持续存在、茁壮成长,并继续发挥作用。相关论文近日在线刊登于《科学》。

  这是美国首次在人体上测试基因编辑方法的临床试验。宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院和艾布拉姆森癌症中心等机构研究人员,介绍了他们对3名患者进行基因编辑CAR-T治疗的I期临床试验结果。

  该论文联合通讯作者、宾夕法尼亚大学癌症专家Carl June表示,这项临床试验经过了多年监管审查,其目标并非治愈癌症,而是验证该治疗策略是否安全可行。

  加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna和同事在同期发表的相关评论文章中提到,“基因编辑T细胞疗法是一种革命性的癌症治疗方法,它能使白血病和淋巴瘤等血液相关癌症获得长期缓解”,而使用CRISPR-Cas9的靶向基因失活(敲除)可以增强T细胞活性,具有扩大细胞治疗应用的潜力。

  到目前为止,人们还不清楚CRISPR编辑的T细胞能否被患者耐受并在重新注入人体后茁壮成长。Doudna表示,这些新发现回答了一些问题,并强调了加速基因编辑治疗发展的潜力。

  结合两种技术

  研究人员在2010年就开发了CAR-T细胞疗法,当时他们将3名慢性白血病患者的T细胞加入了DNA,并将这些细胞植入患者体内。最终的效果十分显著,两名患者至今仍然健在。

  CAR-T细胞疗法是指在插入嵌合抗原受体基因后,帮助注入的T细胞附着在有特定蛋白质的癌细胞的表面并摧毁它们。两种CAR-T细胞疗法现已被批准用于治疗白血病和淋巴瘤。

  但随着时间的推移,这种疗法的局限性开始显现。新论文联合通讯作者、宾夕法尼亚大学血癌专家Edward Stadtmauer说,该疗法并非对每个癌症患者都有帮助,即使是那些暂时有效果的人也会复发。

  之后,研究人员尝试使用CRISPR敲除选定的基因,同时加入DNA,希望能使T细胞更加强大和持久。

  但CRISPR也有自身的不确定性——“脱靶”效应,即计划外的DNA被修改。没有人知道带有切片基因的T细胞能否在人体内存活。尽管《科学》报道称,福泰制药公司和CRISPR治疗公司宣布,用CRISPR编辑细胞治疗遗传性血液病的两名患者情况良好,但透露的细节很少。

  June、Stadtmauer等人将目标设定为NY-ESO-1的蛋白质,并开始寻找肿瘤会产生该蛋白质的患者,研究人员将这种蛋白质作为靶向基因添加到他们的T细胞中。患者还需要携带一种特定的人类白细胞抗原,这种免疫基因复合物可以帮助注入的T细胞增殖。

  研究人员筛选出的符合条件的4名病人都病得很重,这也是这种新疗法的标准。但一位30多岁的肉瘤患者,在实验室里准备细胞时(整个过程需要4到6周),病情严重到无法治疗,后住进了临终关怀中心,不久就去世了。

  最终,3位患者参与了试验。

  突破修饰基因数量

  《中国科学报》从宾夕法尼亚大学医学院获悉,最初,研究人员使用CRISPR技术成功编辑了3名癌症患者的免疫细胞。此次,研究人员使用了CRISPR以及将新DNA整合到免疫细胞的联合策略。

  数据显示,参与试验的患者是两名女性和一名男性,均年逾60岁。一名患有肉瘤,两名患有多发性骨髓瘤,他们在去年接受了基因编辑细胞移植。

  为了加速病人的T细胞对抗疾病,研究人员使用CRISPR敲除了两个编码T细胞受体的基因,并破坏了一种名为PD-1的蛋白质。PD-1可以抑制免疫反应,并消除其影响,而破坏该蛋白质能增强T细胞的能力。然后,他们插入了针对NY-ESO-1的另一种T细胞受体的基因。

  对患者的密切监测证实,CRISPR技术出现了一些偏离目标的变化。但随着时间的推移,带有意外DNA变化的细胞数量逐渐减少。

  令人鼓舞的是,经过CRISPR编辑的细胞至少存活了9个月,相比之下,CAR-T细胞在研究中大约只存活了两个月。成像显示出“健康的T细胞”,June表示,在实验室研究中,它们在被注入几个月后就击退了癌症。

  “这是首次证实CRISPR技术能同时针对人类的多个基因,及其在治疗许多无法治疗或治愈的疾病方面的潜力。”June告诉《中国科学报》。

  温州医科大学眼视光学院研究员谷峰在接受《中国科学报》采访时也曾表示,基因编辑给临床上曾经没有任何干预方法的疾病治疗带来了希望,要保证该技术的安全性,就要努力降低基因编辑的脱靶效应,提高靶向性、效率和保真性。

  治疗失败 策略成功

  但June坦言,对这些患者来说,益处是有限的,其中一位已经死亡,而另一个病情已经恶化。接受联合疗法后,反应最佳的是肉瘤患者,其原发肿瘤缩小,虽然他的癌症后来又有发展。

  “我们从参与临床试验的3名患者那里获得的数据证明,可以成功并精确地进行多次基因编辑,从而使生成的细胞在人体存活的时间更长,并显示出持续攻击和杀死肿瘤的能力。”June说,“研究表明了该治疗策略可能是安全、可行的。”

  科学家一致认为,按照这个标准,它成功了。未参与该研究的加州大学伯克利分校基因编辑专家Fyodor Urnov表示,这项研究是美国的第一个同类研究,这是一个决定性的转折点。

  加州大学洛杉矶分校肿瘤学家Antoni Ribas说:“并不是你关掉了基因,那些T细胞就开始做一些令人惊奇的事情。”研究人员分析了一些潜在的原因,包括接受治疗的患者人数太少、选择NY-ESO-1作为靶点可能存在局限性,以及无法敲除许多细胞中的所有3种基因。

  无论如何,Doudna告诉《中国科学报》,Stadtmauer等人的CRISPR基因编辑细胞联合疗法,具有经临床验证的长期安全性,为下一代基于细胞的治疗铺平了道路。

  “随着越来越多的基因治疗被证明是安全和有效的,临床转化的障碍将主要在于细胞的制造和管理。重组工程细胞的生产过程和开发新的CRISPR递送策略以改变体内的靶向细胞,是降低成本和使更多人获得这些革命性治疗的关键。”Doudna说。(记者 唐凤

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