Nature成功實現干細胞靶向基因組編輯

　　來自意大利San Raffaele科學研究所的研究人員，在人類造血干細胞（HSC）成功實現了靶向基因組編輯，這一突破性的成果發表在5月28日的《自然》（Nature）雜志上。

　　基因治療為一些因基因缺陷引起的遺傳性疾病提供了良好的治療效果。然而傳統的方法是采用一種遺傳工程載體將突變基因的一個功能拷貝傳送到病變細胞添加到基因組中。盡管更為先進的載體，例如慢病毒載體證實提高了安全性和療效，利用半隨機插入載體存在的插入突變及失控性轉基因表達風險仍然令人們感到擔憂。這些不良效應有可能會觸發癌癥形成、毒性作用或破壞基因修飾細胞。

　　鋅指核酸酶(ZFNs)、轉錄激活因子樣效應蛋白核酸酶(TALEN)和RNA引導核酸酶(CRISPR/Cas)等人工核酸內切酶為基因打靶實現基因治療效應帶來了可能性。利用這些核酸酶可以有效和特異性地對基因組進行靶向編輯，使得能夠將表達組件整合到安全的基因組位點，或是通過在受累基因啟動子下游插入一個功能性的拷貝糾正致病突變。相比于基因替代，這種基因修正不僅能夠修復功能，還能夠恢復基因的生理表達，這是基因治療長期追尋的一個目標。

　　在基因治療中，造血干細胞因為具有自我更新及分化為各種細胞系的能力而成為一種很有吸引力的靶細胞。近年來，將外源目的基因導入造血干細胞，以糾正或補償基因缺陷和異常引起的疾病，特別是血液疾病如腺苷脫氨酶缺陷病、血友病、地中海貧血癥及鐮狀細胞貧血癥中已取得重要的進展，然而，在造血干細胞中實現靶向基因組編輯卻仍然是一個難題。

　　在這篇文章中，研究人員發現其障礙在于同源重組只發生在周期細胞中（細胞周期的S/G2），因而導致了在諸如HSCs一類的靜息成體干細胞中進行這種基因組編輯操作效率低下。通過采用特異的傳送平臺和培養條件他們克服了這些障礙。

　　Genovese和同事們首先用一些細胞因子對細胞進行了2天的預刺激，在第二天時利用一種病毒載體導入了重組模板。他們隨后利用電流對細胞進行對細胞進行了滲透性處理，然后添加設計的鋅指核酸酶靶向目的DNA序列。用細胞因子進行預處理使得細胞對于導入核酸酶的毒性效應變得不太敏感，更重要的是這種處理促使一些細胞進入到細胞周期能夠介導同源重組。此外，研究人員還用兩種芳(香)烴受體蛋白抑制劑dmPGE2和SR1處理了細胞，阻止了它們過早分化，使HSCs處于干細胞狀態。

　　這一實驗方案使得Genovese等在一些HSCs中實現了位點特異性基因組編輯，將修正互補DNA靶向到了HSCs細胞的IL2RG基因中。IL2RG是X-連鎖重癥聯合免疫缺陷病(SCID-X1)的致病基因。當他們將這些處理細胞轉移到免疫缺陷小鼠體內，證實基因編輯HSCs可以維持正常的造血并生成了功能性的淋巴細胞。

　　研究人員表示，這一突破性的成果為治療SCID-X1和其他基因缺陷疾病開辟了一條新途徑。