自然是沉重的:AAV提供CRISPR 体内转化B细胞 产生广泛中和抗体治疗艾滋病

传染科 2022-06-23 04:26:32 次浏览 作者:看淡了所有

艾滋病(获得性免疫缺陷综合征)是由人类免疫缺陷病毒(HIV)感染引起的一种危害极大的传染病。HIV以人体免疫系统中最重要的细胞CD4 T细胞为主要目标,大量破坏它们。经过数年,甚至长达10年或更长的潜伏期,艾滋病病毒发展成为艾滋病患者,使人体失去免疫功能。由于抵抗力极低,会发生多种感染,后期常发生恶性肿瘤,甚至全身衰竭死亡。

在过去的几十年里,何大一等人提出了“鸡尾酒疗法”等联合治疗方案,使艾滋病成为一种相对可控的慢性疾病,艾滋病病毒感染者的生存时间和生活质量大大提高。然而,这些治疗方法只能抑制患者体内的艾滋病病毒,而不能完全消灭它,因此无法治愈。

根据UNAIDS的数据,目前全球有多达3800万艾滋病病毒携带者和艾滋病患者,而且这个数字还在快速增长。

最近,以色列特拉维夫大学的研究人员发表了一篇研究论文,题为:体内工程b细胞在小鼠体内分泌高效价的广泛中和抗艾滋病病毒抗体。

本研究采用两种腺相关病毒载体(AAV)同时递送CRISPR-Cas9基因编辑系统和免疫球蛋白基因靶向修复模板,直接编辑小鼠内源性B细胞的免疫球蛋白基因位点,在体内有效修饰B细胞,使其产生抗HIV病毒的中和抗体,使一次性注射治疗艾滋病成为可能。

多年来,科学家们一直面临着治疗艾滋病病毒感染的难题。——HIV在人体内变异很快,容易产生耐药性。令人兴奋的是,2011年,Michel Nussenzweig的团队从一名艾滋病毒感染者体内分离出了一种艾滋病毒中和抗体——3BNC117。

然而,尽管强大而广泛中和的抗艾滋病病毒抗体(bNAb)可以保护机体免受感染,但许多艾滋病候选疫苗的临床试验都以失败告终,这表明我们很难甚至不可能通过传统的免疫方法免疫艾滋病病毒,我们必须走一条新路。

因此,如果可以通过CRISPR技术直接编辑免疫球蛋白基因,对体液免疫进行重新编程,产生针对特定病原体(如HIV)的中和抗体,这将是一个里程碑式的创新。

在这项最新研究中,研究团队设计了两种重组腺相关病毒(AAV):编码CRISPR-Cas9的基因编辑系统,包括CMV/SFFV启动子和sgRNA驱动的SaCas9由U6启动子驱动;另一种HIV-bNAb-3BNC117同源靶向修复模板(HDRT)编码免疫球蛋白基因。

两种重组腺相关病毒递送CRISPR-Cas9基因编辑系统和HDRT。

研究人员使用各种基于HIV包膜糖蛋白(Env)的免疫原来免疫小鼠,以扩大活化细胞的数量。六天后,通过静脉注射将这两种重组AAV传递给小鼠。经过多次相同的HIV-Env加强免疫后,小鼠血清开始表达广泛的中和抗体,可以中和3BNC117敏感的HIV毒株。

3BNC117在小鼠体内的免疫产生

然后,研究团队通过高通量测序分析了基因编辑的效果。正如所料,AAV基因组可以在早期小鼠的肝脏和血液中找到。随着时间的推移,肝脏中的AAV拷贝数减少,但在免疫小鼠的淋巴结和骨髓中增加,这表明B细胞克隆和扩增正在这些组织中进行。

style="color: #888888;">注射AAV后130天,在免疫小鼠的淋巴组织中发现了体内工程B细胞

研究小组还通过 CHANGE-seq 评估了脱靶编辑的程度,结果显示,95%的 Cas9 诱导的切割是靶标特异性的,并且所有主要脱靶编辑位点都位于基因间或内含子区域。

为了防止在在细胞中的脱靶编辑,研究团队等将驱动 Cas9 表达的 CMV/SFFV 启动子替换为B细胞特异性 CD19 启动子。除此之外,他们还将编码 gRNA 的元件转移到含 HDRT 的 AAV 中,这样只有同时转导了两种 AAV 的细胞才能被编辑。这种新设计在保持编辑效率和血清抗体水平的同时,显着降低了肝脏中的 Cas9 表达和非特异性切割。

脱靶切割分析显示了较高的安全性

总而言之,这项研究开发了一种实现 HIV 免疫的新方法——通过 CRISPR 技术直接编辑免疫球蛋白基因来重编程体液免疫,诱导免疫系统产生对抗 HIV 的广泛中和抗体——3BNC117,中和 3BNC117 敏感的 HIV 毒株。

研究模式图

当然,这项技术的实现还存在许多障碍:抗体滴度仍要更高、更稳定才能确保治疗效果和减少免疫接种次数;需要结合多种互补的广泛中和抗体(bNAbs)提高对 HIV 的免疫预防;在没有加强免疫的情况下,这些抗体反应是否持续尚不清楚;以及最重要的安全性问题,是否会引起不良免疫反应,是否会导致 AAV 染色体随机整合驱动的致癌事件。

尽管如此,这项研究成果仍是令人兴奋,它表明直接基因编辑B细胞从而产生特异性广泛中和抗体(bNAbs)将成为缺乏有效疫苗的传染性疾病的潜在治疗方案。研究团队表示,预计在未来几年内,将能以这种方式生产治疗艾滋病、其他传染病和某些由病毒引起的癌症(如宫颈癌、头颈癌)的药物。

原始出处:

Nahmad, A.D., Lazzarotto, C.R., Zelikson, N. et al. In vivo engineered B cells secrete high titers of broadly neutralizing anti-HIV antibodies in mice. Nat Biotechnol (2022). https://doi.org/10.1038/s41587-022-01328-9.