科学家发现CRISPR-Cas9基因编辑可引发血液干细胞炎症和衰老反应

Gene Editing Using CRISPR and AAV6 Impacts Long-Term Regeneration of Blood Stem Cells

位于意大利米兰的圣拉斐尔Telethon基因治疗研究所（San Raffaele Telethon Institute for Gene Therapy, SR-Tiget）的科学家们发现，使用CRISPR-Cas9进行基因编辑，并结合AAV6载体递送修复模板时，会触发血液干细胞中的炎症和衰老样反应，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》（Cell Reports Medicine）上，提出了克服这一障碍的新策略，旨在提高基于基因编辑疗法的安全性和有效性，用于治疗遗传性血液疾病。

该研究由SR-Tiget课题组负责人、纽约干细胞基金会罗伯逊研究员以及帕维亚高级研究院（IUSS）副教授拉法埃拉·迪·米科（Raffaella Di Micco）博士领导，并与SR-Tiget主任路易吉·纳尔迪尼（Luigi Naldini）教授及多个欧洲研究合作伙伴共同完成。

揭示衰老作为基因编辑中的隐藏挑战

基于同源定向修复（HDR）的基因编辑技术在造血干细胞和祖细胞（HSPCs）中展现了巨大的潜力，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，但将其转化为对患者安全且有效的临床疗法仍面临重大挑战。虽然实验室中的技术表现优异，但在不影响功能的情况下实现人类造血干细胞可靠、持久的效果却十分困难。Di Micco团队在SR-Tiget的研究发现，CRISPR-Cas9编辑，尤其是在使用AAV6载体递送修复模板时，会激活强烈的DNA损伤反应（DDR）以及由p53和IL-1/NF-κB通路驱动的炎症信号。这导致了炎症和类似衰老的状态，降低了编辑后的细胞在移植后的再生能力。

“我们发现一部分经过基因编辑的造血干细胞表现出过早衰老的迹象。这削弱了它们在移植后再生血细胞的能力，可能会限制基因治疗的长期成功及其治疗效果。”

——拉法埃拉·迪·米科（Raffaella Di Micco）博士，SR-Tiget课题组负责人

“令人惊讶的是，即使在移植数月后，这些细胞仍然保留着类似衰老的特征，”该研究的第一作者、迪·米科博士实验室的项目负责人阿纳斯塔西娅·孔蒂（Anastasia Conti）博士表示，“我们的研究结果表明，干细胞‘记忆’了基因工程的过程。这些不良影响不仅仅是短暂的应激反应，它们可能导致干细胞功能的长期损害。”

减轻衰老以提升基因工程细胞的表现

为了应对这一不利影响，研究人员测试了两种互补策略：暂时抑制p53以及使用抗炎药物，特别是已获临床批准的IL-1受体拮抗剂Anakinra（卡那单抗）。

“这两种方法都显著减少了编辑后HSPCs中的衰老标志物，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，如大片段缺失和易位，与单独抑制p53相比具有更高的安全性。”孔蒂博士说道。

“我们的研究表明，通过调节基因编辑过程中的炎症和衰老相关反应，可以保护编辑后造血干细胞的健康状态，并实现长期稳定且多克隆化的造血重建。这些发现有助于解释近期涉及HDR基因编辑在造血干细胞中的临床试验所遇到的挫折，并为提高治疗效果提供了一条具体路径。这些策略对于需要长期矫正和干细胞植入的疾病尤为重要，例如免疫缺陷或骨髓衰竭综合征。”迪·米科博士总结道。

这项突破性研究由迪·米科实验室完成，并得到了欧洲研究委员会（ERC）、欧洲创新委员会（X-PAND）以及纽约干细胞基金会的支持。SR-Tiget长期以来一直是基因治疗技术领域的先驱，继续引领国际努力，优化CRISPR技术以实现安全的临床转化。

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