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 手机平板     |      2020-03-18

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科罗拉多大学安舒茨医学校区的研究人员已经确定了一种由新型基因突变引起的新的免疫缺陷疾病,为细胞生物学提供了独特的见解。

杜氏肌营养不良症(DMD)是一种罕见但具有破坏性的遗传性疾病,可导致肌肉损失和身体损伤。密苏里大学医学院的研究人员在一项小鼠研究中表明,强大的基因编辑技术(称为CRISPR)可以为终生纠正导致这种疾病的基因突变提供手段。

对自身免疫性疾病系统性红斑狼疮(SLE)的新研究提供了令人困惑的疾病起源的暗示。结果发表在Nature Immunology上。

资料图(左一Harry Malech)

该研究结果发表在上周的实验医学杂志上。研究人员在调查婴儿患有炎症性肠病以及其他疾病(包括湿疹,食物过敏,肺部疾病和持续性CMV(巨细胞病毒)感染)时发现了这一发现。

患有DMD的儿童具有基因突变,其中断了称为肌营养不良蛋白的蛋白质的产生。没有肌营养不良蛋白,肌肉细胞变弱,最终死亡。许多孩子失去了行走的能力,呼吸和心脏功能所必需的肌肉最终停止工作。

在患有SLE的人中,他们的B细胞 - 免疫系统的一部分 - 被异常激活。这使得它们产生对自身组织起反应的抗体,引起各种症状,例如疲劳,关节疼痛,皮疹和肾脏问题。

美国国立卫生院科研究团队对8名患有X-连锁严重联合免疫缺陷症的婴儿进行了实验性基因治疗,在治疗后两年内,这些婴儿的免疫系统功能和正常生长均有显着改善。而且,这种新方法似乎比以前测试的X-SCID基因治疗策略更安全、有效。相关研究发表在新英格兰医学杂志上。

除了一种特殊的元素配方外,他无法吃任何食物,尽管进行了多次治疗,但他的肠道炎症依然存在,该研究的合着者Cullen Dutmer医学博士说,他是一名专攻过敏和免疫学的儿科助理教授。科罗拉多州医学院和儿童医院科罗拉多州(CHCO)。

研究表明,CRISPR可用于编辑导致动物模型中肌肉细胞早期死亡的突变,Dongsheng Duan博士说,Margaret Proctor Mulligan分子微生物学和免疫学系医学研究教授MU医学院和该研究的资深作者。但是,由于这些基因编辑的肌肉细胞会随着时间的推移而磨损,因此有一个主要的复发问题。如果我们可以纠正肌肉干细胞中的突变,那么从编辑过的干细胞中再生的细胞将不再携带突变。用CRISPR处理肌肉干细胞可以导致再生肌细胞中肌营养不良蛋白的持续表达。

埃默里大学医学院的科学家们可以看出,在SLE患者中,驱动扩增和激活的信号出现在B细胞分化的早期阶段,而不是之前所认识到的。他们确定了可用作疾病发展生物标志物的基因活动模式。

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这个小男孩的姐姐患有类似的问题,他们的集体症状与免疫失调综合症一致。患有这些综合征的患者具有功能差的免疫系统,其可导致严重的,复发的或异常的感染,以及影响胃肠道,皮肤,肺和循环血细胞的自身免疫/炎性并发症。这种有缺陷(或失调的)免疫系统也可能导致癌症风险增加。

Duan与国立推进转化科学中心,约翰霍普金斯大学医学院和杜克大学的其他MU同事和研究人员合作,探讨了是否可以有效地编辑来自小鼠的肌肉干细胞。研究人员首先通过AAV9向正常小鼠肌肉提供了基因编辑工具,这种病毒最近被美国食品和药物管理局批准用于治疗脊髓性肌萎缩症。

作者写道:我们的数据显示所有细胞亚群的疾病特征,重要的是成熟的静息B细胞,表明这些细胞可能已经暴露于诱发疾病的信号。

DOI: 10.1056/NEJMoa1815408

研究人员发现,兄弟姐妹在一个名为IL2RB(编码白细胞介素-2受体,IL-2R?)的基因中首次发现人类缺陷,导致免疫细胞数量减少,称为调节性T细胞,从而阻止自身免疫。与此同时,孩子们积聚了自然杀手细胞,如果功能正常,有助于预防病毒感染和癌症。

我们将AAV9处理的肌肉移植到免疫缺陷的小鼠体内,Duan实验室的MD-PhD项目学生,该论文的第一作者Michael Nance说。移植的肌肉首先死亡,然后从干细胞中再生。如果干细胞成功编辑,再生的肌肉细胞也应携带编辑的基因。

该论文反映了Jeremy Boss博士,微生物学和免疫学主席,以及医学系风湿病学系主任医学博士Ignacio(Iaki)Sanz的合作。Sanz是Lupus研究联盟2019年Lupus Insight奖的获得者,是Lowance人体免疫学中心和乔治亚研究联盟杰出学者的主任。第一作者是Christopher Scharer,博士,微生物学和免疫学助理教授。

婴儿X-SCID是由IL2RG基因突变引起的,如果不加以治疗,通常会在两岁前死于各种感染并发症。理想的治疗方式是移植同胞兄弟姐妹的外周血、骨髓和脐血干细胞。然而,患有该疾病的婴儿中只有不到20%有适合的捐赠者。那些没有匹配的兄弟姐妹的人通常接受来自父母或其他捐赠者的移植,这些移植可以挽救生命,但通常只能部分地恢复免疫力。另外,这些患者需要接受终身治疗,并可能会继续经受包括慢性感染在内的复杂医疗问题。

但这种突变意味着自然杀伤细胞不能正常成熟,无法清除CMV,导致持续性和使人衰弱的感染,该研究的共同作者,儿科和免疫学儿科和微生物学助理教授,医学博士Elena Hsieh说。医学院和CHCO。

研究人员的推理是正确的,因为他们在再生肌肉中发现了大量的编辑细胞。然后,他们测试了DMD小鼠模型中的肌肉干细胞是否可以用CRISPR编辑。与他们在正常肌肉中发现的相似,患病肌肉中的干细胞也被编辑。从这些编辑的细胞再生的细胞成功地产生肌营养不良蛋白。

研究人员研究了9名患有SLE和12名健康对照的非裔美国女性的血液样本。他们首先将B细胞分类成亚组,然后观察女性B细胞中的DNA,分析基因活动的模式。Sanz的研究小组之前曾观察到,患有SLE的人会扩大活化的幼稚和DN2 B细胞,特别是在发作期间症状加重的情况下。

美国国立卫生研究院国家过敏和传染病研究所主任Anthony S. Fauci博士说:“一旦被诊断为X-连锁严重联合免疫缺陷会对家庭造成创伤。而这些激动人心的新结果表明,基因治疗为患有这种严重极端疾病的婴儿,特别是那些找不到最佳干细胞移植的患者提供了一线生机,让他们有机会过上充实健康的生活。”

我们将这种疾病追溯到单个基因,这是一个相当罕见的事件,Hsieh说。在我们的研究结果发现之前,没有任何记录在这个特定基因突变导致人类疾病的病例。

这一发现表明,CRISPR基因编辑可能为终生纠正DMD和其他可能的肌肉疾病中的基因突变提供了一种方法,Duan说。我们的研究表明,CRISPR可用于有效编辑负责肌肉再生的干细胞。治疗负责维持肌肉生长的干细胞的能力可能为一次性治疗铺平了道路,可以提供基因编辑细胞贯穿患者的生命。

通过检查表观遗传参数 - 未在DNA序列中编码的遗传性状 - 以及基因活性模式,研究人员可以在激活的幼稚细胞之前的休息幼稚B细胞中看到激活的迹象。他们能够推测通过特定的受体途径刺激休息的幼稚细胞。作者写道,这为理解早期抗原诱发因素提供了重要窗口。作者还能够识别驱动SLE B细胞中疾病表型的调节网络。总之,这些结果为未来的调查和治疗干预开辟了新的途径。

该研究在St. Jude和旧金山加州大学贝尼奥夫儿童医院进行。首先从患者的骨髓中获得造血干细胞。然后,将不能引起疾病的工程化慢病毒用作载体或“载体”,将正常的IL2RG基因递送至细胞。最后,将干细胞注入患者体内,患者同时接受低剂量的化疗药物白消安,以帮助基因修正的干细胞在骨髓中建立自身并开始产生新的血细胞。

Dutmer说,其他人很可能患有这种疾病,但从未发现过。虽然显然是一种罕见的疾病,但其他孩子可能已经错过了,他说。现在它已经存在,我们知道要寻找它。研究报告的共同作者,CU医学院免疫学和微生物学教授Ross Kedl博士同意这一观点。

在这样的基因治疗后3-4个月内8个婴儿中,有7个体内产生了正常数量的免疫细胞,包括T细胞、B细胞和NK细胞。另外一个婴儿虽然第一次T细胞较低,但是在第二次输注遗传修饰的干细胞后数量大大增加。而且参与者在治疗前的病毒和细菌感染也随之解决。研究人员表示,尽管一些参与者经历了预期的副作用,例如化疗后血小板计数低等,但是实验性基因治疗总体上是安全的。

这一发现也意味着可以通过基因疗法解决这一缺陷,Kedl说。我们可以进入,操纵基因,并以正确的顺序将其恢复。

NIAID临床免疫学和微生物学实验室基因免疫治疗科主任Harry Malech说:“我们的基因治疗方法为患有X-SCID的婴儿,以及我们在NIH的研究中为年龄较大的儿童和年轻人恢复了广泛的免疫功能,这是前所未有的。” Malech博士与St.Jude的Brian Sorrentino博士共同促进了慢病毒基因治疗方法的发展,但Brian Sorrentino博士于2018年底去世。Malech说:“如果没有我的好朋友和合作者的努力,这些令人鼓舞的结果是不可能的。Brian Sorrentino在开发这种治疗方法并将其纳入临床试验方面发挥了重要作用。”

最近在确定免疫缺陷疾病的遗传原因方面取得的进展已经带来了创新的治疗方法。基因疗法是一种纠正特定遗传缺陷的治疗方法,正在成为某些免疫缺陷疾病的可行治疗选择。

这项研究与之前的X-SCID基因治疗策略(使用其他载体和化疗方案)相比更安全,更有效。在以前的研究中,基因疗法恢复了T细胞功能,但没有完全恢复包括NK细胞和B细胞的其他关键免疫细胞的功能。这项研究中,参与者不仅恢复了NK细胞和B细胞功能,甚至还有4名婴儿停止了静脉注射免疫球蛋白来提高免疫力。这四种抗体中有三种对儿童接种疫苗产生了抗体反应,表明B细胞功能强大。

最近的一项研究显示使用基因疗法治疗由IL2RG基因突变引起的严重联合免疫缺陷或SCID(Mamcarz等,New England Journal of Medicine2019)。

此外,一些早期基因治疗研究的参与者后来发展成白血病,科学家怀疑这是因为载体激活了控制细胞生长的基因。今天报道的研究中使用的慢病毒载体旨在避免这种结果。

确定免疫缺陷疾病和其他疾病的潜在遗传原因可以揭示有希望的个性化治疗策略如基因治疗的目标,Dutmer和Hsieh说。这将允许专门为满足个人需求而量身定制的治疗干预措施。Kedl指出,这一发现说明了CU Anschutz Medical Campus及其研究生培训计划的从床边到床边的研究能力。

目前,研究人员持续关注接受慢病毒基因治疗的婴儿,以评估这种免疫重建的持久性以及治疗的潜在长期副作用。研究人员计划扩大试验人群,包括其它患病婴儿、大龄儿童以及年轻人。

该研究的第一批作者之一,Isabel Fernandez,是CU医学院的MD / PhD学生,在Kedl实验室攻读免疫学博士学位。她的共同第一作者是Ryan Baxter,MS,他是Hsieh实验室的研究助理。

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参考资料:

1]Gene therapy restores immunity in infants with rare immunodeficiency disease

2] Lentiviral Gene Therapy Combined with Low-Dose Busulfan in Infants with SCID-X1

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