近期，加州大学旧金山分校和Gladstone研究所的研究人员，使用一种新开发的基因编辑系统，发现了使人体免疫细胞抵抗HIV感染的基因突变。相关研究结果发表在10月25日的《Cell Reports》杂志。
该小组建立了一个高通量的细胞编辑平台，使用一种不同的CRISPR/Cas9技术变型，可让他们检测大量不同的遗传突变是如何保护免疫细胞抵御HIV的。研究人员说，这一新系统可以让研究人员快速修改新捐赠的人类免疫细胞中的遗传密码，并有望缩短“最终治愈艾滋病病毒”的探索之路。
本文共同第一作者、博士后研究员Judd F. Hultquist博士说：“这是HIV研究人员渴望已久的一种能力。我希望，这将使得一年前似乎是不可逾越的任务，变成每个人都可以做到的事情。”
基因编辑为治愈HIV提供了可能性
尽管20世纪80年代以来，用抗逆转录病毒药物治疗和控制艾滋病毒的努力，取得了很大的进展，但是目前仍然不能治愈这种病毒，每年都有数以百万计的人感染HIV。一旦该病毒浸润患者的免疫系统，它就可能无限期地隐藏在细胞自身的DNA中，用现有的技术检测不到或摧毁它们。因此，患者必须在生命的其余时间内继续服用抗逆转录病毒药物。
然而，并不是每个人都容易受到病毒的影响。科学家们从一组这样的患者中得到了启发——他们的免疫细胞似乎对艾滋病病毒感染发展出了自然抗性，科学家希望，有一天能编辑艾滋病病毒患者的免疫系统，来模仿这些抗艾滋病病毒个体的生物学特性。
Hultquist说：“已经有研究人员测定了这些抗病患者的基因组序列，来寻找使他们对病毒产生免疫的突变。但有许多不同的基因可能参与进来：一些基因控制病毒进入免疫细胞的能力，其他基因控制着病毒如何诱导细胞表达其基因。直到现在，都没有办法检测这些突变中到底哪一些真正赋予了原发性T细胞抗性。”
基于CRISPR的平台旨在加快寻找治愈方法
尽管是免疫系统的主要战士，T细胞是脆弱的——在身体外只能够存活几个星期。它们也能对抗研究人员在其他类型细胞中所使用的病毒，来传递“如何建立CRISPR/Cas9基因编辑所需要的机械”的DNA指令。去年，Marson和Schumann首次通过在试管中预先制备CRISPR机器，然后将其添加到新捐赠的免疫细胞中，在初始人类T细胞中成功地进行了精确的DNA序列替代。
Schumann说：“这种速度之快是令人难以置信的。所需的编辑迅速发生，然后细胞降解CRISPR机械，这样就不能做出改变。这是很重要的，否则就像做完手术，留下了手术刀在体内。”
在该项研究中，Schumann和Hultquist通过设计一种自动化系统，改善了这项技术，可用于T细胞的高通量的并行编辑。这种新方法使研究人员能够在来自健康志愿者的成千上万个T细胞中突变不同的候选基因，并将这些突变的细胞暴露于HIV病毒治愈艾滋病，然后通过筛选细胞寻找能够防止感染的突变。
这个系统的一个重要特点在于它的速度，因为捐赠的T细胞只能在体外存活两到三个星期。Krogan说：”如果我们要开始编辑T细胞并把它们放回人体作为一种疗法。我认为这将是快速、安全、有效的黄金标准。”
研究人员使用这项新技术来突变基因CXCR4和CCR5，它们编码不同株HIV病毒用来潜伏和感染免疫细胞的受体分子，在以往的细胞治疗试验中已被靶定。抑制这些基因中的任何一个，都能成功地阻断人类T细胞被相关HIV株感染。
进一步的实验表明，可为T细胞建立一个双重的安全系统，同时阻断艾滋病毒病毒进入细胞所需的一个基因，以及病毒在细胞内生存和繁殖所需要的一个基因，从而带来双重安全性。
为了证明这种新的高通量技术的有效性和能力，研究人员还开发了146种不同的CRISPR编辑本治愈艾滋病，每一种都被设计为抑制45个基因（与HIV整合入宿主细胞的能力有关）中的一个。他们确定了几个基因，这些基因的存在可赋予HIV抗性，其中一些已在以前的研究中预测过，其他的基因此前从来没有被认为与HIV感染有直接关系。
传染病研究的“冰山一角”
研究人员计划使用新的平台，来确定HIV生命周期中的其他弱点，可以为细胞治疗或靶向药物所使用。他们也希望能够插入更多微妙的突变，如在抗HIV个体中所报道的突变，仅仅改变细胞的功能，就足以赋予抵抗力，但却没有完全抑制这个基因和阻碍细胞功能。
然而，他们更大的希望是，该系统将有更广泛的应用，不仅仅是中艾滋病毒，而且最终能被用于在世界各地的实验室，来研究他们所选择的病毒。
Marson说：“这个工具包是传染病研究中缺失的很大一个环节。现在我们有能力改变人类的免疫细胞，并立即看到效果。这种潜力是巨大的——这只是冰山一角。”
原文阅读：
Cell Reports, DOI: 10.1016/j.celrep.2016.09.080
