米兰圣拉斐莱泰利顿基因治疗研究所（SR-Tiget）的科学家们发现，使用CRISPR-Cas9结合AAV6载体进行基因编辑会在血液干细胞中触发炎症和衰老样反应，损害其长期再生血液系统的能力。这项研究发表在《细胞报告医学》上，概述了克服这一障碍的新策略，以提高基于基因编辑疗法对遗传性血液疾病的安全性和有效性。
该研究由SR-Tiget的Raffaella Di Micco博士领导，她同时也是纽约干细胞基金会Robertson研究员和帕维亚高等研究院的副教授。研究合作者包括SR-Tiget主任Luigi Naldini教授以及多位欧洲研究伙伴。
揭示基因编辑中的隐藏挑战：衰老
基于同源定向修复（HDR）的基因编辑在造血干细胞和祖细胞（HSPCs）中显示出巨大的潜力，可用于治疗遗传性血液疾病。尽管HDR基因编辑技术取得了显著进展，但将其转化为安全有效的临床疗法仍然是一个重大挑战。虽然该技术在实验室环境中表现出强大的潜力，但在不损害其功能的情况下，在人体造血干细胞中实现可靠且持久的效果却非常困难。Di Micco团队在SR-Tiget发现，CRISPR-Cas9编辑，特别是使用AAV6载体传递修复模板时，会激活强烈的DNA损伤反应（DDR）和由p53和IL-1/NF-κB途径驱动的炎症信号。这会导致炎症和类似衰老的状态，从而降低移植后编辑细胞的再生能力。
“我们发现一部分经过基因编辑的造血干细胞表现出早衰的迹象，”Di Micco博士解释说。“这减少了它们在移植后再生血液细胞的能力，从而限制了基因疗法的长期成功和治疗效果。”
“我们惊讶地发现，即使在移植数月后，这些细胞仍表现出衰老样的特征，”该研究的第一作者兼Di Micco实验室项目负责人Anastasia Conti博士说。“我们的发现表明，干细胞保留了对基因工程过程的记忆。这些不良效应不仅仅是短暂的压力反应——它们会导致干细胞功能的长期损伤。”
通过缓解衰老提高基因编辑细胞的性能
为了对抗这种不良效应，研究人员测试了两种互补策略：暂时抑制p53和使用抗炎剂，特别是临床上批准的IL-1受体拮抗剂Anakinra。
“这两种方法都显著降低了编辑后的HSPCs中的衰老标记，并提高了它们在临床前模型中再生健康、多样化血液系统的能力。重要的是，Anakinra还减少了潜在的基因毒性事件，如大段缺失和易位，表明其比单独抑制p53更安全。”Conti博士说。
“我们的研究表明，调节基因编辑过程中炎症和衰老相关反应可以保持编辑后的造血干细胞的适应性，并使其在长期内实现更稳定和多克隆的造血重建。这些发现有助于解释近期涉及HDR基因编辑的临床试验中观察到的挫折，并提供了一条具体的路径来改善结果。所提出的策略对于需要长期矫正和干细胞植入的疾病，如免疫缺陷或骨髓衰竭综合征尤其有价值。”Di Micco博士总结道。
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