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(jié)合位點，珠蛋白由4條多肽鏈組成，在個體發(fā)育的不同階段，多肽鏈的組成呈現(xiàn)出規(guī)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%，出生時降至約60%，6～12個月時降至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(jié)構(gòu)異常所導致的疾病，主要分為兩種類型：
（1）珠蛋白生成障礙：多種類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(xiàn)沉積，紅細胞彈性降低、壽命縮短，進而引起貧血甚至發(fā)育異常，稱為地中海式貧血（最早發(fā)現(xiàn)于地中海區(qū)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型稱為β地中海式貧血；
（2）珠蛋白分子結(jié)構(gòu)異常：鐮刀型貧血癥是具有代表性的類型，其病因是正常血紅蛋白的β鏈N端的第6個谷氨酸殘基（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(qū)多數(shù)紅細胞扭曲成鐮刀狀，進而阻塞毛細血管，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(nèi)的基因突變，但是受制于修復效率和安全性的因素，該類策略通常較難實現(xiàn)。與之相比，在患者體內(nèi)添加正常的珠蛋白基因拷貝或者上調(diào)胎兒型血紅蛋白的表達是相對容易實現(xiàn)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了新的選擇，加快了相關(guān)療法的研發(fā)進度。
CRISPR基因編輯技術(shù)的開發(fā)始于對原核生物免疫系統(tǒng)的研究，早在1987年日本學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(chǔ)研究積累，逐漸發(fā)展出了編輯基因的有力工具，于2012開始逐漸進入大眾的視野[3-4]。相比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因和基因敲除技術(shù)，CRISPR基因編輯技術(shù)可以比較便捷地實現(xiàn)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，斯坦福大學醫(yī)學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(nèi)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制藥公司共同開發(fā)的CTX001項目采用的是相對保守的策略，并沒有嘗試原位修復突變的基因，而是通過基因編輯提高從患者體內(nèi)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)過改造的造血干細胞注回患者體內(nèi)，提高紅細胞中的胎兒型血紅蛋白水平，這可能會緩解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月美國血液學會年會上公布的臨床前數(shù)據(jù)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年開展CTX001的臨床試驗。但2018年上半年美國 FDA曾經(jīng)暫時叫停了該臨床試驗，一度造成兩家公司的股價下跌。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(nèi)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1000萬美金）。EdiGene的基因編輯療法中進展最快的ET-01項目采用的是和CRISPR Therapeutics相近的策略，其原理是通過提高患者體內(nèi)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(nèi)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(yī)谷南沙產(chǎn)業(yè)園區(qū)建成并正式啟用，廣州輯因醫(yī)療科技有限公司開始運營。ET-01項目有望在2019年進入臨床研究階段[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(nèi)修復基因突變難度較大，而通過在體外的造血干細胞編輯和回輸提高患者體內(nèi)胎兒型血紅蛋白水平是相對穩(wěn)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型帶來的影響，可能發(fā)展成為通用型的治療手段，商業(yè)化的前景較好。
講師簡介
汪星，博士，高級分析師。畢業(yè)于中國醫(yī)學科學院&北京協(xié)和醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學研究所，獲得博士學位并從事博士后工作。長期運用TALEN以及CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)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-疾病來源iPS的表觀調(diào)控與突變基因定點修復研究、國家科技支撐計劃-超高分辨率PET的開發(fā)和應用。2018年加入藥渡從事咨詢服務工作。
參考：
[1]《人體及動物生理學（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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