艾滋治癒曙光:半個世紀以來首度攻破HIV病毒庫

HIV,是導致艾滋病的元兇,從20世紀80年代首次被發現以來的幾十年,全球現存約3700萬HIV感染者。在研究如何治癒的道路上,科研人員從未停止腳步,但是迎來的一直都是挫折和失敗,偶然的治癒案例也難以複製。現在聯用抗逆轉錄病毒藥物雖然可以抑制疾病的進展和增殖,但依舊不能完全根除病毒庫。

但是,病毒庫無法被消滅的魔咒,在2019年7月,第一次被成功解除,天普大學和內布拉斯加大學醫學中心的30多名研究人員成功地從實驗室老鼠的DNA中根除了HIV-DNA病毒庫。

這意味人類多年以來在攻克艾滋病的道路上,終於邁出了一小步。


艾滋治癒曙光:半個世紀以來首度攻破HIV病毒庫

“我邁出了一小步,但人類邁出了一大步。” ——尼爾·奧爾登·阿姆斯特朗


基因編輯CRISPR

在嘗試複製柏林病人的希望逐漸減小時,科研人員將眼光投向了基因編輯技術。比爾蓋茨投資的生物醫藥公司Editas Medicine,開發出了一種名為CRISPR-Cas9的基因治療法,這種方法旨在利用DNA編輯技術治療多種疾病,這種療法很快就被投入了HIV治療的研究。


CRISPR/Cas系統並不是人類創造的,這個系統在自然界中廣泛存在,其本身為原核生物的免疫系統,使得原核生物用於免疫外來病毒的侵入,同時為細菌提供類似人類免疫應答的獲得性免疫系統,即二次免疫。


在原核生物遭遇病毒入侵後,會產生相應的免疫“記憶”。當再次被同種病毒入侵時,CRISPR系統可以識別出外源基因,並破壞外源基因,免疫病毒對自體基因庫的干擾。(類似於人類遭受病原入侵後,記憶免疫細胞會識別並記住外來病原體的特徵,在再次暴露於同樣病原後,能快速、高效地產生大量抗體或功能性免疫細胞,將病原體清除。)


因其能精準的識別和破壞基因這一特性,CRISPR/Cas系統被改造成為了一種高效的基因編輯工具。CRISPR/Cas9第三代基因組定點編輯技術。CRISPR/Cas9系統也是研究最深入,目前在基因編輯方面應用最廣泛的技術之一。


但是,新技術的應用必定帶來新的隱憂,特別是倫理問題和基因庫汙染。


艾滋治癒曙光:半個世紀以來首度攻破HIV病毒庫

2018年11月28日,中國科學家賀建奎在香港舉行的人類基因組編輯峰會上發表講話。他進行了一項枉顧倫理的針對雙胞胎基因編輯的實驗。


2015年底,美國NIH仍拒絕資助CRISPR/CAS生殖系編輯療法的研究提案。


2015年12月3日,國際基因編輯峰會發表聲明稱,基因編輯技術禁止被用於修改人類胚胎以建立妊娠。


《自然-通訊》最新上線了一篇艾滋病研究領域的重磅論文。科學家們開發了一種聯合療法,將持續遞送抗逆轉錄病毒的給藥系統與CRISPR-Cas9基因編輯技術相配合。根據官方新聞稿,這種療法首次從活體動物的基因組中消除了HIV-1的DNA。


研究機構評論說,這項研究“標誌著在開發新療法,治癒人類HIV感染的路上,邁出了關鍵一步”。


艾滋治癒曙光:半個世紀以來首度攻破HIV病毒庫


根據聯合國艾滋病規劃署(UNAIDS)的估計,全世界每一天新增的HIV-1病毒感染者超過5000人。目前,感染者主要依靠各種抗病毒藥物進行治療。抗逆轉錄病毒治療(ART)能夠有效降低患者體內的病毒載量,同時降低病毒傳染的風險。


在科學家們的不懈努力下,現有療法已經把曾經的絕症變成了可控的慢性疾病,而科學家們還在朝著治癒艾滋病的目標前進。


ART療法要求感染者終生服藥,因為這種療法可以抑制HIV病毒的複製,卻不能將病毒從體內消除。如果停藥,體內的HIV病毒會捲土重來,重新複製並促進疾病發展。


而HIV之所以有“反彈”能力,是因為病毒在攻擊人體的免疫系統時,會將DNA序列整合到細胞的基因組中,從而藏匿於人體。


要真正消除HIV達到“治癒”效果,就要從感染的細胞和組織中去除被病毒整合進去的DNA片段。


美國內布拉斯加大學醫學中心(University of Nebraska Medical Center)的Howard Gendelman教授、坦普爾大學劉易斯·卡茨醫學院(Lewis Katz School of Medicine at Temple University)的Kamel Khalili教授及同事開發了一種旨在消除HIV病毒的聯合療法,由一種ART遞送新方法和CRISPR基因編輯技術組成。


艾滋治癒曙光:半個世紀以來首度攻破HIV病毒庫

▲該研究的兩位通訊作者Howard Gendelman教授(左)和Kamel Khalili教授(右)(圖片來源:研究機構官網)


具體來說,Gendelman教授及其合作者共同開發了一種長效緩釋ART療法,將結構經過改良的抗病毒藥物分子包裝在納米顆粒中,由納米顆粒將藥物送入HIV的藏身之處。這種給藥方式可以在數週內緩慢釋放藥物,達到在較長時間內抑制病毒活性的目的。


而Khalili教授團隊利用CRISPR-Cas9開發的技術可以在受感染的細胞內“剪去”HIV的DNA片段。當長效緩釋ART療法將HIV病毒的複製抑制在較低水平的同時,CRISPR-Cas9開始發揮作用。


研究團隊通過動物實驗驗證了這種聯合療法的可行性和有效性。他們首先製造了HIV感染的人源化小鼠模型。然後,分兩次獨立實驗,給總計13只確認感染的小鼠施用了聯合療法。


艾滋治癒曙光:半個世紀以來首度攻破HIV病毒庫

▲感染並施用療法的研究示意圖(圖片來源:參考資料[1])


經過連續的治療,接受治療以後的5周內,通過多項技術對血液、淋巴組織、骨髓和腦組織進行檢測。結果顯示,接受聯合療法的小鼠中近三分之一沒有檢測到HIV病毒,可以被認為小鼠細胞和組織裡的HIV病毒DNA被完全消除。


相比之下,單獨接受其中某一種療法的小鼠中,很容易就能檢測到HIV。此外,檢測結果還顯示未檢測到CRISPR-Cas9脫靶。


小鼠實驗的積極結果顯示了這種聯合療法治癒艾滋病的前景,據Khalili教授在研究機構發佈的新聞中透露,他們計劃開展進一步的研究,在一年內推進非人靈長類動物的試驗,並有可能在人類患者身上展開臨床試驗。

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