血紅蛋白是由血紅素與珠蛋白組成的，其中血紅素含有O2的結合位點(diǎn)，珠蛋白由4條多肽鏈組成，在個(gè)體發(fā)育的不同階段，多肽鏈的組成呈現出規律性的變化。胎兒型血紅蛋白為胚胎8周后的主要血紅蛋白，其珠蛋白的肽鏈組合為兩條α鏈和兩條γ鏈(α2γ2)，胎兒期可達血紅蛋白的95%，出生時(shí)降至約60%，6～12個(gè)月時(shí)降至2%以下。成年型血紅蛋白中珠蛋白的肽鏈主要由兩條α鏈和兩條β鏈（α2β2）組成[1]。
血紅蛋白病通常指由遺傳缺陷引起的血紅蛋白肽鏈合成障礙或分子結構異常所導致的疾病，主要分為兩種類(lèi)型：
（1）珠蛋白生成障礙：多種類(lèi)型的基因突變可導致一種或幾種珠蛋白肽鏈合成減少或不能合成，導致未能正常配對的珠蛋白肽鏈出現沉積，紅細胞彈性降低、壽命縮短，進(jìn)而引起貧血甚至發(fā)育異常，稱(chēng)為地中海式貧血（最早發(fā)現于地中海區域，我國廣東、廣西、貴州等地發(fā)病較多）。其中β鏈的生成部分或完全受抑制的類(lèi)型稱(chēng)為β地中海式貧血；
（2）珠蛋白分子結構異常：鐮刀型貧血癥是具有代表性的類(lèi)型，其病因是正常血紅蛋白的β鏈N端的第6個(gè)谷氨酸殘基（帶負電，極性，親水）被纈氨酸殘基（不帶電，非極性，疏水）所取代，導致血紅蛋白的溶解度下降，在氧張力低的毛細血管區多數紅細胞扭曲成鐮刀狀，進(jìn)而阻塞毛細血管，引起局部組織器官缺血缺氧。
從根本上治愈血紅蛋白病的策略是原位修復患者體內的基因突變，但是受制于修復效率和安全性的因素，該類(lèi)策略通常較難實(shí)現。與之相比，在患者體內添加正常的珠蛋白基因拷貝或者上調胎兒型血紅蛋白的表達是相對容易實(shí)現的策略，能夠在不同程度上緩解患者的癥狀。以CRISPR為代表的基因編輯技術(shù)的興起為血紅蛋白病的治療帶來(lái)了新的選擇，加快了相關(guān)療法的研發(fā)進(jìn)度。
CRISPR基因編輯技術(shù)的開(kāi)發(fā)始于對原核生物免疫系統的研究，早在1987年日本學(xué)者報道了大腸桿菌中的CRISPR重復序列[2]，之后經(jīng)歷多年的基礎研究積累，逐漸發(fā)展出了編輯基因的有力工具，于2012開(kāi)始逐漸進(jìn)入大眾的視野[3-4]。相比傳統的轉基因和基因敲除技術(shù)，CRISPR基因編輯技術(shù)可以比較便捷地實(shí)現單堿基突變的修復、DNA片段的刪除或插入等多種操作，并且通常效率較高。
在目前利用CRISPR基因編輯技術(shù)治療血紅蛋白病的多項嘗試中，斯坦福大學(xué)醫學(xué)院的研究人員計劃從患者的骨髓中提取干細胞，然后用CRISPR進(jìn)行基因編輯，糾正血紅蛋白基因中的突變，重新注入患者體內后產(chǎn)生的正常紅細胞逐步替換原有的鐮刀狀紅細胞。而CRISPR Therapeutics和Vertex制藥公司共同開(kāi)發(fā)的CTX001項目采用的是相對保守的策略，并沒(méi)有嘗試原位修復突變的基因，而是通過(guò)基因編輯提高從患者體內獲取的造血干細胞表達胎兒型血紅蛋白的能力，然后將經(jīng)過(guò)改造的造血干細胞注回患者體內，提高紅細胞中的胎兒型血紅蛋白水平，這可能會(huì )緩解β地中海式貧血患者以及鐮刀型貧血癥患者的部分癥狀
2017年12月美國血液學(xué)會(huì )年會(huì )上公布的臨床前數據表明CTX001具有高的編輯效率，并可引起臨床相關(guān)的胎兒型血紅蛋白水平增加，促使兩家公司計劃在2018年開(kāi)展CTX001的臨床試驗。但2018年上半年美國 FDA曾經(jīng)暫時(shí)叫停了該臨床試驗，一度造成兩家公司的股價(jià)下跌。目前FDA已經(jīng)解除了CTX001的臨床試驗禁令，并接受了為該療法遞交的研究性新藥申請（IND）[5]。CRISPR Therapeutics與Vertex計劃于2018年末在美國和歐洲開(kāi)展CTX001的I/II期臨床試驗，用于治療β地中海式貧血和鐮刀型貧血癥，基本試驗流程如下圖。
CTX001臨床試驗流程
目前國內企業(yè)利用CRISPR基因編輯技術(shù)治療血紅蛋白病的研究也在快速推進(jìn)中。近日博雅輯因集團（EdiGene）宣布完成億元人民幣Pre-B輪融資（2016年該公司A輪融資為1000萬(wàn)美金）。EdiGene的基因編輯療法中進(jìn)展最快的ET-01項目采用的是和CRISPR Therapeutics相近的策略，其原理是通過(guò)提高患者體內胎兒型血紅蛋白水平，替代成年型血紅蛋白發(fā)揮作用，彌補患者體內成年型血紅蛋白的不足，用于治療β地中海式貧血。目前EdiGene基因編輯治療基地在廣東醫谷南沙產(chǎn)業(yè)園區建成并正式啟用，廣州輯因醫療科技有限公司開(kāi)始運營(yíng)。ET-01項目有望在2019年進(jìn)入臨床研究階段[6]。
總而言之，利用CRISPR基因編輯技術(shù)直接在血紅蛋白病患者體內修復基因突變難度較大，而通過(guò)在體外的造血干細胞編輯和回輸提高患者體內胎兒型血紅蛋白水平是相對穩妥和安全的策略，特別是在地中海式貧血的治療方面，有助于克服患者不同的突變類(lèi)型帶來(lái)的影響，可能發(fā)展成為通用型的治療手段，商業(yè)化的前景較好。
講師簡(jiǎn)介
汪星，博士，高級分析師。畢業(yè)于中國醫學(xué)科學(xué)院&北京協(xié)和醫學(xué)院基礎醫學(xué)研究所，獲得博士學(xué)位并從事博士后工作。長(cháng)期運用TALEN以及CRISPR/Cas9技術(shù)構建小鼠模型和干細胞株系；涉及部分基因治療領(lǐng)域科研工作。曾經(jīng)參與“973”計劃-疾病來(lái)源iPS的表觀(guān)調控與突變基因定點(diǎn)修復研究、國家科技支撐計劃-超高分辨率PET的開(kāi)發(fā)和應用。2018年加入藥渡從事咨詢(xún)服務(wù)工作。
參考：
[1]《人體及動(dòng)物生理學(xué)（第三版）》.2008.
[2] Ishino Y, et al. "Nucleotidesequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozymeconversion in Escherichia coli, and identification of the gene product." Journalof Bacteriology 169.12(1987):5429-5433.
[3] Jinek M., et al. "A ProgrammableDual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity." Science337.6096(2012):816-821.
[4] Cong Le, et al. "Multiplex GenomeEngineering Using CRISPR/Cas Systems." Science 339.11(2015):197.
[5]https://www.biospace.com/article/fda-lifts-clinical-hold-green-lights-vertex-and-crispr-s-sickle-cell-gene-therapy-trial
[6]博雅輯因官網(wǎng)
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