干细胞移植和基因治疗是治疗镰状细胞病、β-地中海贫血、免疫缺陷以及某些血液癌症等血液疾病最有效的治愈方法之一。替换或纠正造血干细胞可以提供持久受益甚至治愈的可能性。然而，在患者接受这些治疗前，通常需要接受强烈且可能具有毒性的化疗或放疗，以便为新的干细胞腾出骨髓空间。
由波士顿儿童医院和达纳-法伯癌症研究所团队领导的研究人员开发了一种新策略，通过用更有针对性的方法替代基于化疗的治疗，使干细胞移植更加安全。该团队开发了一种供体干细胞表位编辑策略和抗体，这些抗体仅识别需要清除的造血干细胞表面的标记物，而不是使用在整个身体中损伤DNA的有毒物质。该团队在《自然》杂志上报告了他们的研究成果("非基因毒性移植和通过表位编辑进行体内选择")，证明这些抗体可以更精准、更少毒性地帮助清除患者骨髓中已有的干细胞。
造血干细胞/祖细胞(HSPC)移植(HSCT)是治疗多种恶性及非恶性疾病的基石疗法，"利用HSPC独特的再生能力来补充造血系统"，作者们写道。然而，他们指出，移植前的基因毒性调理的短期和长期影响是HSPC移植和基因治疗更广泛应用的真实障碍。
尽管单克隆抗体已被提议作为化疗或放疗的替代方案，但研究小组指出，它们也与有效性和安全性挑战相关。通常，抗体无法区分患者的原始干细胞和治疗中输入的治疗性干细胞。如果抗体留在体内，它也可能攻击这些移植的细胞，阻止它们整合。"基于免疫的制剂由于对移植的HSPC非选择性靶向和半衰期延长，导致靶向清除，从而带来有效性和安全性挑战，"研究者表示。
丹娜-法伯/波士顿儿童癌症和血液疾病中心的研究人员Pietro Genovese博士和他的团队通过为治疗性干细胞提供一种分子保护解决了这个问题。使用精确的基因组编辑工具，他们对供体干细胞表面的一个微小识别位点——表位进行了修改。这一微小变化阻止了抗体与治疗细胞结合，同时保持了蛋白质的正常功能。"我们确定了KIT胞外域中的氨基酸变化，这些变化会破坏两种治疗性单克隆抗体的结合，这些抗体损害干细胞因子(SCF)介导的信号传导，而不影响KIT表达或功能，"他们解释道。
经编辑的干细胞实际上获得了分子伪装。它们可以躲避免疫抗体，而未经编辑的细胞则仍然容易受到攻击。在之前的研究中，该团队曾使用表位编辑的相同基本原理来保护健康造血干细胞免受癌症免疫疗法(如CAR-T细胞或治疗性抗体)的伤害，同时允许这些疗法攻击白血病细胞。
新报道的方法包括对造血干细胞进行治疗性编辑以增加胎儿血红蛋白(HbF)，这是一种保护性血红蛋白，可以补偿镰状细胞病和β-地中海贫血中发现的缺陷成人血红蛋白。"在我们的实验中，KIT和BCL11A在初级HSPC中被高效共编辑，使其后代同时具有HbF诱导和mAb抗性，"研究者评论道。结果显示，受保护的、表位编辑的干细胞可以在抗体治疗中存活，在骨髓中整合，并随时间逐渐富集。这些发现指向一种为移植细胞腾出空间的新方法，同时也选择性地促进移植后治疗细胞的生长。
"通过避免化疗，我们可以为病情较轻的疾病或通常因身体过于虚弱或高风险而无法进行移植的脆弱患者开放干细胞移植，"第一作者、Genovese实验室的讲师Gabriele Casirati医学博士表示。"通常，骨髓移植只保留给患有危及生命疾病的患者，但同时仅限于那些能够耐受化疗的患者。"
这项工作可能对干细胞和基因治疗的未来产生影响。首先，它可能有助于实现无化疗或减少化疗的移植方法，减轻目前面临DNA损伤风险的患者的治疗负担。其次，由于抗体可以在移植后继续选择受保护的细胞，该策略可以帮助治疗性干细胞达到临床效益所需的水平。"总之，我们的发现支持表位编辑在设计下一代HSCT方面的范式转变潜力，"研究团队表示。
更广泛的意义超出了遗传性血液疾病。这些研究共同表明，表位编辑可能成为一个灵活的平台：一个应用可以使干细胞移植和基因治疗更安全，而另一个应用可以通过保护正常血液形成免受意外损伤来扩展癌症免疫疗法的使用。"通过克服单克隆抗体药代动力学的限制，表位编辑使新型造血替代方案成为可能，这些方案不受靶向移植物消除的限制，允许延长基于免疫的调理，最大化造血生态位清除，而无需化疗-放疗或单克隆抗体洗脱，"他们指出。
"尽管这项工作仍处于临床前阶段，但它指向一个未来，患者可以接受毒性更小、更少依赖化疗、更精确的治愈性干细胞治疗，"Genovese表示。"通过将靶向生物调理与分子保护的治疗性干细胞相结合，这一策略为多种血液疾病提供了更安全、更易获得的治疗方法新框架。"
本研究中使用的技术由波士顿儿童医院和丹娜-法伯癌症研究所共同拥有。研究团队在论文中评论道："我们设想一个未来，患者可以在没有长期骨髓抑制、不孕或继发性恶性肿瘤风险的情况下接受救命的干细胞治疗，并且住院时间最少或无需住院。"
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