基因疗法CRISPR-Cas9，会是HIV治愈的希望吗？

科学家已经证明了CRISPR-Cas9技术从受感染细胞的DNA中移除艾滋病毒基因组的潜力。他们还确定了这样做的一些后果，并开始研究如何减轻这些副作用。

在一项研究中，比萨大学的Michele Lai博士和他的同事展示了CRISPR-Cas9从感染细胞中移除艾滋病毒遗传物质的能力，但也研究了被切除的DNA片段是否可以重新整合并开始复制。

在另一项研究中，内布拉斯加州大学的乔纳森·赫斯科维茨博士和他的团队发现，当CRISPR-Cas9靶向HIV最重要的两个基因的多个位点时，病毒在感染细胞中的复制几乎完全停止了，细胞DNA没有立即受到明显的损伤。

背景

在人体内，HIV的工作原理是附着在细胞上，释放其遗传物质，然后在被其入侵的细胞内转化为DNA。然后，这些DNA被整合到宿主的DNA中，如果不被抗逆转录病毒疗法(ART)抑制，就会继续制造更多的病毒。

CRISPR- cas9是一种分子工具，它来自于一种细菌用来移除整合到自身DNA中的病毒遗传物质的技术。它本质上允许科学家选择一个已知的遗传物质序列(例如艾滋病毒基因组序列的一部分)，并指示一种酶去并从DNA序列中切掉这个物质。理论上，这意味着储存在艾滋病毒感染者DNA中的艾滋病毒遗传物质可以被移除。

切除的病毒DNA会发生什么变化?

比萨大学的研究人员在实验室(体外)测试了这一概念，并调查了被剪掉的病毒DNA发生了什么。首先，他们取了一组细胞，并使用类似于HIV的逆转录病毒载体，将经过修饰的HIV材料链插入细胞中。然后，这些细胞开始产生一种研究人员可以测量的蛋白质，这表明，与人类艾滋病毒感染时病毒释放其p24蛋白一样，艾滋病毒物质已经整合到细胞的DNA中。

然后，他们引入了一种CRISPR-Cas9复合物，该复合物靶向HIV物质的特定部分，希望它能从受感染的细胞中切割HIV病毒DNA，从而停止制造蛋白质。

他们的目标区域是长末端重复区(LTR)——位于每条病毒遗传物质链末端的区域，“开启”宿主细胞的机制，从而开始产生病毒蛋白质。研究人员在暴露于CRISPR-Cas9的细胞中寻找HIV蛋白活性产生的迹象，发现几天后它确实几乎完全停止了。

他们还想知道所有被切除的病毒遗传物质会发生什么。他们发现，在引入CRISPR-Cas9复合物后，它可以形成小的环状DNA，在细胞中持续至少两周。

人们认为，最终这些DNA片段会通过反复的细胞分裂被分解或稀释。然而，研究人员发现，有时它们会重新结合在一起，形成完整的艾滋病毒遗传物质链。

在研究人员创造的某些操纵实验室条件下，这种遗传物质有潜力制造艾滋病毒的某些构建模块，因此，在理论上，可以产生传染性病毒，为使用CRISPR-Cas9完全治愈艾滋病毒提供了一个潜在的障碍。然而，通过同时使用抗逆转录病毒疗法(希望是暂时的)，这个问题可能会得到缓解。

靶向不同的HIV基因

内布拉斯加州的研究人员探索了CRISPR-Cas9技术面临的其他一些挑战。鉴于艾滋病毒有数千种毒株，遗传多样性很大，而且艾滋病毒在感染后继续变异，他们希望确保这项技术不会因为毒株数量众多，每种毒株的遗传物质略有不同而变得多余。此外，他们还研究了如何在现实生活条件下(在体内)最好地将这种治疗方法传递给人类细胞。

"存在一些障碍，如果不加以克服，可能会将CRISPR-CAS9限制为一个有趣的实验室工具。

这组研究人员的目标是要切除的多个不同的HIV基因组区域，而不是第一组研究人员的单一目标区域。

艾滋病毒的tat和rev基因编码的蛋白质，导致感染细胞迅速产生更多的艾滋病毒。它们在不同的病毒株中保持相对不变。研究人员发现，当他们同时用一种名为TatDE的CRISPR-Cas9复合物靶向这些基因时，它在多个地方切断了病毒DNA。在Pisa研究中，他们几乎完全阻断了HIV感染细胞中的病毒复制，而与单独靶向LTR时相比，病毒反弹更少。

至于如何将CRISPR-Cas9移植到人类细胞中，内布拉斯加州的研究小组使用了多种方法来观察什么是有效的。

研究人员测试了类似于最近的COVID-19辉瑞和Moderna疫苗中使用的mRNA（信使RNA）技术。这通过小脂肪滴将遗传物质引入细胞，然后开始产生CRISPR-Cas9复合物。他们发现这是实施CRISPR-Cas9的一种非常有效的方法。

鉴于其作为递送方法的安全性的良好记录，mRNA确实为该技术从实验室到人类的转化提供了令人兴奋的潜在途径。

关于CRISPR-Cas9提出的另一个担忧是"脱靶"编辑：Cas9酶虽然靶向已插入受感染（宿主）细胞DNA的病毒DNA，但是否会错误地切除宿主细胞自身的一些遗传物质？

该论文的作者分析了暴露于CRISPR-Cas9治疗的细胞，特别是研究了人类基因组中Cas9系统可能最有可能误认为HIV DNA的区域。他们发现，在这些地区中，没有这种"偏离目标"的编辑。然而，作者没有研究整个细胞的剩余DNA，因此仍然存在脱靶编辑可能存在但尚未被发现的可能性。

在任何人类研究可行开始之前，必须进行全基因组研究;关键基因的缺失可能会对任何接受CRISPR-Cas9治疗的人产生可怕的后果。

结论

CRISPR-Cas9技术不断发展。这些研究在某种程度上证明，在实验室培养皿中，有可能从受感染的人类细胞中去除病毒DNA。他们证明，通过测试Cas9酶的不同靶标，他们可以提高其有效性，并探索了将这种治疗传递给细胞的可行和安全的方法。

但是，在HIV感染者和治疗他们的临床医生对治愈的前景感到高兴之前，重要的是要注意，这些研究是在受控的实验室条件下进行的，细胞系范围很窄。为了使这种治疗对人类有效，它必须达到并在整合HIV DNA的每个细胞中有效。需要对多个细胞系进行全基因组测序，然后才能完全确定没有有害甚至可能致命的"脱靶"编辑。

即使有了这个，也需要回答其他问题，例如在用CRISPR-Cas9治疗后继续抗逆转录病毒治疗多长时间。虽然这些发现很有希望，但这些研究目前仍然只提供了概念证明。进一步的研究将集中在如何将CRISPR-Cas9技术发展成为一种有效和安全的HIV治疗方法，但仍然存在一些障碍，如果不加以克服，可能会使CRISPR-CAS9成为一种有趣的实验室工具。

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