肤色成原罪？从镰状细胞贫血病说起

专家

肤色为何沦为原罪。一腔热血患上顽疾。基因编辑扭转乾坤。我的命运我主沉浮。病者生存一书中，罕见病专家莎伦·莫勒姆提出一个独特观点：一些致病基因曾给人类族群带来独特生存优势，经漫长进化筛选保留，可如今，它们却让个体饱受无尽病痛折磨。镰状细胞贫血（SCD）是个典型例子。这是一种常染色体隐性基因遗传病，在撒哈拉以南非洲发病率高，其病因明确，是编码血红蛋白β链的DNA序列出现单碱基置换。当2个基因拷贝都有这种突变（纯合子）时，患者体内血红蛋白结构会变异，使红细胞呈镰刀状。变形的红细胞能抵抗疟疾，这对在雨林中狩猎的原始人类来说，显然是个优势。时光流转，上亿非洲人后裔已告别雨林生活。医学发展使疟疾不再是致命威胁，然而，变异的红细胞却一直困扰着全球数十万镰状细胞病（SCD）患者。镰状红细胞携氧能力差且结构脆弱，剧烈运动就会引发缺氧症状。因代偿反馈，造血干细胞会分化出更多镰状红细胞来改善缺氧状况，大量流变特性异常的红细胞会阻塞血管微循环，引发疼痛性血管闭塞性危象（VOC）等一系列并发症。在临床方面，首次中风的镰状细胞病（SCD）儿童中多达70%会多次中风，所以需每月长期输注红细胞来预防。非裔群体社会经济地位低，较难获取医疗资源，SCD常导致严重后果，甚至危及生命。

可惜的是，SCD没有通用的治疗方法。异体造血干细胞移植虽能根治，然而捐赠者少、配型难，还有免疫抑制剂的长期副作用，这使多数患者难以尝试。上帝关上一道门时，也会给镰状细胞病（SCD）患者留一扇窗。其明确的单基因变异致病原理，使SCD成为基因疗法的理想试验对象。Bluebird的lovo - cel脱颖而出，它利用慢病毒转染，把改良后的β - 珠蛋白基因（βA - T87Q珠蛋白基因）功能拷贝添加到患者造血干细胞里，再回输到体内以产生部分正常血红蛋白，进而减轻缺氧症状，抑制血管阻塞性危象（VOC）等并发症，减少长期输血需求。到现在，已经有50名患者参与了相关的临床试验。随访时间最长的1/2期HGB - 206试验表明，29名患者在两年里仅1例出现VOC，其余患者预后都不错。然而，Lovo - cel的安全性一直备受争议。两名早期受试者患上急性髓性白血病（AML）后，FDA曾暂停lovo - cel针对18岁以下患者的临床试验。尽管基因测序表明这是镰状细胞病（SCD）固有的基因组不稳定引发的随机突变，临床试验也得以恢复，但监管方对慢病毒逆转录可能带来的致癌风险一直持有疑问。2021年，又有两名青少年受试者持续贫血，试验再次暂停。之后Bluebird修改了入组和排除标准，不再纳入携带α - 地中海贫血症基因的患者，力求尽快重启青少年组临床试验。在经历诸多波折后，今年4月，Bluebird最终向美国食品药品监督管理局（FDA）递交了lovotibeglogene autotemcel（Lovo - cel）的生物制剂许可申请（BLA）。该制剂用于医治12岁及以上有血管闭塞事件病史的镰状细胞病（SCD）患者，预计2024年能够实现商业化。

长江浪涌，后浪推前浪，前浪往往被拍在沙滩上。当Bluebird与监管方僵持不下时，新一代的CRISPR基因编辑疗法却进展顺利。由诺奖得主Emmanuelle Charpentier创立的CRISPR Therapeutics和网红药企Vertex早在2015年就开始合作，历经8年，终于收获成果。双方合作研发的用于治疗镰状细胞病（SCD）的基因编辑疗法CTX - 001已在英国获批，而且即将得到美国食品药品监督管理局（FDA）的批准（已经完成了咨询委员会（Ad Comm）的讨论）。CTX - 001采用了全新的靶点，这和lovo - cel增加一个拷贝不一样。医生早就察觉到，镰状细胞病（SCD）是在幼儿时期慢慢发病的。这是由于胎儿体内存在另一种血红蛋白HbF，其结构不会被β链单基因突变所影响。不过，出生后成人血红蛋白HbA会渐渐取代HbF，而在SCD患者体内则是被扭曲的HbS蛋白取代。深入研究发现，没有症状的SCD基因携带者体内HbF水平较高，这表明HbF能够代偿携氧功能，抑制HbS蛋白聚合，从而阻止镰状红细胞的自我反馈性增多，将症状遏制在初始阶段。BCL11A基因在HbF转变为HbA的过程里发挥着关键的调控作用。于是CTX - 001选定BCL11A红系特异性增强子的GATA1/TAL1结合位点来作为靶向，利用CRISPR剪切构建插入缺失，这样就能特异性地降低红系谱系干细胞中BCL11A的表达，把HbF生成的限制解除。三期CLIMB - 121临床试验表明，自移植后的第2个月起，血液中的HbF含量显著上升，到第4个月时达到42%，并且30个月之后一直保持在40%以上。长期随访发现，在17名可评估患者里，有16名（94.1%）达成了连续12个月无血栓闭塞性危象（VOCs）这一主要终点，平均持续时长为18.7个月，最长能达到36.5个月。全部患者都实现了连续12个月无VOCs相关住院的关键次要终点，而且未出现与治疗相关的严重不良事件（SAE）。这样的结果相当惊艳，在FDA的审评材料里，也对exa - cel的有效性给予了高度认可。

人类

CTX - 001和lovo - cel一样，运用自体细胞体外编辑、回输移植这种模式。此模式成本不低，冷链和操作方面的要求致使该疗法难以普及，在撒哈拉以南非洲（这里SCD患病率较高）更是如此。造血干细胞动员、清髓、移植等有创操作在临床上存在风险，清髓药物以及CRISPR编辑脱靶所带来的长期致癌风险也不容小觑。而且，患者由于BCL11A基因被修改，仅存的HbA生成能力会丧失，完全依靠HbF携氧的长期影响尚不明确。毕竟，造血系统在出生后从HbF转换为HbA，必然有其生理功能与进化意义。对于这些问题，下一代SCD基因编辑疗法的竞赛已然开启。由David Liu开创的碱基编辑技术，能够直接修正单点突变基因的碱基与碱基序列，无需对DNA双链进行剪切编辑，从理论上讲，这种方式更洁净高效，降低了脱靶效应的潜在风险。

ABE（A/T -> G/C）和CBE（C/G -> T/A）这两种编辑模式，都不能把SCD等位基因变回野生型HBB（这需要T->A）。不过，（A -> G）编辑能产生一种自然存在的非致病性变异Hb - Makassar，使其恢复和HbA一样的生理功能。依据这个原理，由David Liu创立的Beam Therapeutics开发出了BEAM - 102疗法。在此之前，他们以遗传性胎儿血红蛋白（HPFH）个体的SNP特性为依据，借助对血红蛋白亚基γ1/2（HBG1/2）启动子的碱基编辑，提升了HbF的生成能力，这是除BCL11A通路之外的另一种HbF增强方案。2022年10月，该疗法（BEAM - 101）已招募第一名患者入组。Intellia认为，直接在体内修正镰状细胞病（SCD）的致病基因才是真正的目标。但由于人体对CRISPR - Cas9系统存在预存免疫，所以体内编辑就需要新的工具。而David Liu又带来了新的成果：引入pegRNA（经工程改造的先导RNA）后，先导编辑能够实现任意碱基的替换、DNA片段的插入和缺失，甚至能把SCD致病突变转变为野生型。在今年2月发表于Blood杂志的文章里，David Liu团队借助辅助质粒依赖病毒（HDAd）来递送PE5max编辑器，试图在小鼠体内针对造血干细胞直接修复SCD突变。检测发现，镰状突变位点T>A的体内转化率在第6周平均为30.9%，到第16周平均达到43.6%，这表明其具有很强的临床应用潜力。这一疗法存在一些不足之处。其一，先导编辑效率不高，在突破人体免疫系统稳定递送pegRNA方面也有一定阻碍，所以载体的临床使用剂量可能会很大，存在安全风险。另外，在小鼠实验里，运用三次O6BG/BCNU标记定向进化来清除未编辑的造血干细胞，以促进已编辑细胞的扩增，而这种源于化疗的方法，可能产生和清髓相似的体内毒性。我们期望新成立的Prime therapeutics能优化设计，推动该技术走向临床。