腺嘌呤碱基编辑有望治疗α1抗胰蛋白酶缺乏症

　　单基因疾病α-1-抗胰蛋白酶缺乏症（Alpha-1 antitrypsin deficiency, AATD）是一种常见的遗传性疾病，会影响肝脏和肺部。一项新的研究显示一种新的基因编辑形式能够有效地校正AATD患者细胞中的突变。这种称为腺嘌呤碱基编辑的新方法与包括CRISPR在内的其他编辑形式不同，因为这种碱基编辑不会诱发DNA断裂，这有助于防止双链断裂、潜在的脱靶编辑以及细胞修复过程中不需要的突变。相关研究结果于2021年7月1日在线发表在Molecular Therapy期刊上，论文标题为“Adenine Base Editing Reduces Misfolded Protein Accumulation and Toxicity in Alpha-1 Antitrypsin Deficient Patient ipsC-Hepatocytes”。

　　在这项新的研究中，在美国波士顿大学再生医学中心的Andrew Wilson博士和Rhiannon Werder博士的领导下，研究人员利用称为iHeps的患者衍生细胞。iHeps细胞模拟肝脏肝细胞的生物学特性。肝细胞是体内α-1抗胰蛋白酶蛋白的主要制造者，具有重要的代谢、内分泌和分泌的功能。这种碱基编辑技术校正了导致AATD的Z突变，并减少了该疾病在肝细胞中的影响，从而证明了人类细胞中碱基编辑的成功。这些结果可以有助于为未来的人体临床试验铺平道路。

　　Wilson说，“这项研究显示了成功应用碱基编辑技术来校正AATD患者衍生性肝细胞中导致这种疾病的突变。我希望这些结果将为利用这项技术帮助AATD和其他单基因疾病的患者提供机会。”

　　由Beam Therapeutics公司构建的碱基编辑器被应用AATD患者衍生性的诱导性多能干细胞（iPS细胞），然后再次应用于由ips细胞分化而来的肝细胞（即iHeps细胞）。这样做是为了研究如何校正人类细胞中导致AATD的SERPINA1基因发生的Z突变。

　　SERPINA1基因发生的Z突变是导致AATD中慢性、进行性肺部和肝脏疾病的原因。在AATD患者中，突变的AAT蛋白会发生错误折叠，形成蛋白聚集物，在肝细胞内堆积并造成损害。

　　在这项研究中，这些作者从一名AATD患者衍生性的突变体（ZZ）iPS细胞开始。在碱基编辑过程完成后，对编辑过的iPS细胞的DNA进行测序，以确定SERPINA1基因是否被校正。对具有一个（MZ）或两个（MM）校正基因拷贝的iPS细胞克隆群体进行增殖，然后在25天内将它们分化生成肝细胞（iHeps细胞）。在对编辑过的ips细胞的整个基因组进行测序后，没有证据表明碱基编辑器在基因组中引入了不想要的突变，而且错误折叠的蛋白堆积在MZ细胞中得到了部分校正，在MM正常细胞中得到了完全校正。

　　使用突变体ipsC衍生性的肝细胞（iHeps细胞）重复这一过程。在不同的条件下使用了两种碱基编辑器来测试这个过程的效率。在最佳条件下，大约50%的突变基因被成功编辑。然后对iHeps细胞进行分析，看它们是否仍然保持“肝细胞特性”，以及与突变的iHeps细胞（ZZ）相比，被编辑的iHeps细胞中是否有较少的疾病迹象。他们的研究结果显示，碱基编辑并没有改变肝细胞程序，肝细胞仍然以正常水平表达肝脏基因和蛋白质。此外，错误折叠的“Z”AAT蛋白的积累较少，显示出编辑过的iHeps细胞中的疾病迹象减少。

图片来自Molecular Therapy, 2021, doi:10.1016/j.ymthe.2021.06.021。

　　虽然增强疗法已被证明可以减缓AATD患者肺部疾病的进展，但目前还没有治疗AATD相关肝病的方法。新兴的治疗策略集中在对Z突变的校正上。

　　碱基编辑正在被评估为各种单基因疾病的一种治疗方式。AATD是碱基编辑的一个主要目标，可能是碱基编辑在人类研究中较早尝试的疾病之一。其他疾病目标包括视网膜疾病、遗传性酪氨酸血症、镰状细胞贫血、早衰症、囊性纤维化和其他。

　　这项研究的结果表明，未来的研究可能会探索碱基编辑器在编辑其他静止细胞群体中的作用。此外，最近有研究表明，碱基编辑器可以在永生细胞系中编辑除DNA之外的RNA，这值得进一步研究。