Cell Stem Cell：上海交通大学蔡宇伽等团队合作开发治疗地中海贫血的潜在新策略

β⁰/β⁰地中海贫血是最严重的输血依赖型β-地中海贫血(TDT)，仍然是慢病毒基因治疗面临的挑战。

2024年5月16日，上海交通大学蔡宇伽及中国人民解放军联勤保障部队第九二〇医院王三斌共同通讯在 Cell Stem Cell 在线发表题为“Modified lentiviral globin gene therapy for pediatric β⁰/β⁰ transfusion-dependent  β-thalassemia: A single-center, single-arm pilot trial”的研究论文，该研究报告了一项应用新型慢病毒载体技术治疗重度输血依赖的β地中海贫血（β⁰/β⁰）的安全性和有效性研究结果。

两名女婴入组，注射BD211，平均随访25.5个月。在两例患者中，基因修饰的造血干细胞和祖细胞的移植是成功和持续的。在调理期间或输液后未发生意外的安全问题。两名患者均实现了超过22个月的输血独立。治疗将红细胞的寿命延长了42天以上。单细胞DNA/RNAs测序分析基因修饰细胞的动态变化、转基因表达和癌基因激活均未发现明显的不良反应。优化后的慢病毒基因疗法可安全有效地治疗所有β-地中海贫血。

输血依赖性β-地中海贫血(TDT)是世界上最常见的单基因疾病之一，特别是在东地中海地区、东南亚和中国南部，每年约有6万名患者被诊断出来。TDT是由β-珠蛋白基因(HBB)突变引起的，导致功能性β-珠蛋白的产生减少(β⁺)或缺失(β⁰)β-珠蛋白的异常产生改变了β-珠蛋白和α-珠蛋白链之间的平衡，导致未配对的α-珠蛋白链过量聚集并形成沉淀，导致红细胞膜受损和血管内溶血。传统上，TDT患者需要终生输注红细胞(RBC)和定期铁螯合。尽管来自人类白细胞抗原(HLA)匹配供体的同种异体造血干细胞移植(HSCT)可以治愈TDT，但这种治疗受到供体不足和移植相关死亡、移植物衰竭和移植物抗宿主病风险的限制。

因此，基因疗法(GT)修饰自体CD34⁺造血干细胞和祖细胞(HSPCs)已经被开发出来，以克服异体移植的局限性。通过CRISPR上调γ-珠蛋白以模拟胎儿血红蛋白(HbF)的遗传持久性，从而降低镰状细胞病和地中海贫血的严重程度，最近已在临床试验中进行了评估，并已显示出有效性和安全性的早期证据。然而，根据自然规律，γ-珠蛋白在出生后逐渐沉默，成年后持续高水平的γ-珠蛋白表达所导致的长期结果，特别是在母亲和胎儿具有相同氧亲和力的情况下，可能分娩生长受限或胎龄小的胎儿的孕妇，仍需仔细评估。另一种选择是，在一项长期随访研究中，添加健康β-球蛋白基因的造血干细胞的自体移植，直接模拟健康成人的球蛋白状态，已报道在大多数非β⁰/β⁰基因型地中海贫血患者中导致持续和高的β-球蛋白水平，并使输血独立，无明显副作用。

机理模式图（图源自 Cell Stem Cell ）

然而，对于最严重的β⁰/β⁰基因型地中海贫血，在Northstar试验(HGB204)中，慢病毒介导的GT仅导致三分之一的患者输血不依赖尽管正在进行的Northstar-3试验(HGB212)使用与非β⁰/β⁰试验相同的慢病毒载体(LVV)，但优化了制造工艺，可能在β⁰/β⁰患者中获得了更好的临床结果，但其疗效和安全性报告仍有待发表。β⁰/β⁰地中海贫血的特点是由于HBB基因的缺失、起始密码子、无义、移码或剪接突变导致β链完全丧失，这表明通过改进载体设计或转导进一步增强β-珠蛋白表达是完全逆转疾病表型的必要条件。

为了通过基因添加治疗β⁰/β⁰地中海贫血，在该研究中，作者设计了一个LVV来增加HBB的表达(命名为BDLG-04)，并评估了其在两个β⁰/β⁰地中海贫血儿童中的安全性和有效性。BDLG-04载体还在30长末端重复序列(LTR)上连接了一个短绝缘子，以潜在地降低插入突变的风险。从第一个月到最后一次随访，两名患者每个二倍体基因组平均保持2-4个拷贝数的药物产物(DP)。随后对外周血单核细胞(PBMCs)进行单细胞DNA测序分析表明，转基因插入细胞在33%-65%的范围内。

PBMCs标记辅助PCR (tagPCR)分析显示，患者LVV的插入谱未发现优势克隆。此外，单细胞RNA测序(scRNA-seq)和从输注的HSPCs中重组的转录组的综合分析表明，慢病毒转导并未导致血液谱系中实质性的转录变化。综上所述，该研究表明，优化后的慢病毒珠蛋白GT产物BD211可能是治疗β⁰/β⁰基因型TDT患者的有效药物。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909(24)00175-9