针对镰状细胞病的 CRISPR 基因疗法

根据美国国立卫生研究院的数据，全球有超过 2000 万人患有镰状细胞病 (SCD)，这是美国最常见的遗传性血液疾病。该疾病对黑人患者的影响远超其他任何种族群体，常导致慢性疼痛和寿命缩短。

目前尚无针对该疾病的、易于获取且广泛可用的治愈方法。然而，基因疗法（即通过替换或修改缺陷基因来治疗或阻止疾病进展的医疗实践）的最新进展，为该疾病的患者带来了希望。

2023 年 12 月，美国食品药品监督管理局 (FDA) 批准了首批两种针对镰状细胞病的基因疗法：Casgevy 和 Lyfgenia。Mass General Hospital 的综合性镰状细胞疾病诊疗中心是美国首批提供 Casgevy 治疗的中心之一。

“在镰状细胞病的诊疗中，患者早已习惯自己总是得不到优先救治，”Mass General Brigham 的血液学家 Sharl Azar（医学博士）说道。“得益于 Mass General Brigham 拥有的广泛专业网络，我们有机会纠正这一错误。”

Azar 担任综合性镰状细胞疾病诊疗中心的医学主任。他解释了基因疗法如何治疗镰状细胞病，以及该疗法如何能够消除医疗保健领域中的种族不平等。

什么是基因疗法？

所有物种都拥有自己的生存说明书。这些说明，即基因，存在于每一个活细胞内。脱氧核糖核酸（即 DNA）的长链是说明书内形象的“句子”。细胞读取或转录 DNA 片段，以产生日常生活必需的蛋白质。

在人类中，蛋白质可以决定从眼睛颜色这样无害的特征，到视力这样重要的特征。然而，DNA 的微小变化可能会严重影响机体的功能。改变单个基因可能会导致一种慢性且常使人虚弱的疾病。

近年来，医生们开发出了基因治疗技术，可以修复 DNA 中的错误或突变。一种被称为成簇规律间隔的短回文重复序列 (CRISPR) 和 CRISPR 相关蛋白 9（即 CRISPR-Cas9）的技术，比其他基因编辑工具能更快、更准确地添加、删除或改变基因的特定位置。

Mass General Brigham Gene and Cell Therapy Institute 的研究人员已经探索了基因治疗技术的几种新应用，包括：

• 耳聋和失明：Mass Eye and Ear 的研究人员已经开发出能够靶向导致耳聋和失明的突变的 CRISPR/cas9 模型。
• 癌症：Mass General Brigham 的研究人员可以采集患者的免疫细胞，并改造它们，使其能够识别并杀灭癌细胞。这种被称为嵌合抗原受体 (CAR) T 细胞疗法的技术，通常用于治疗晚期血癌，包括某些白血病、多发性骨髓瘤和非霍奇金淋巴瘤。最近，它在治疗胶质母细胞瘤方面也显示出了令人期待的结果。
• 阿尔茨海默病：Brigham and Women’s Hospital 的研究人员评估了操纵大脑中的基因是否有助于治疗家族性阿尔茨海默病。从小鼠身上收集的证据表明，该干预措施未来可能会奏效。

镰状细胞病基因治疗

SCD 是由负责制造血红蛋白的遗传“句子”发生改变或突变引起的，血红蛋白是一种使红细胞能够将氧气输送到全身的蛋白质。

健康的血红蛋白赋予红细胞独特的形状：一种圆形的、有凹陷的圆盘。这种圆形结构使红细胞能够顺畅地流经血管。导致镰状细胞病 (SCD) 的突变会产生一种异常蛋白质，它将红细胞的形状改变为镰刀状或新月状。

这些“镰状”细胞很容易在血流中破裂。根据美国疾病控制与预防中心 (CDC) 的数据，最严重的镰状细胞病病例可使患者寿命缩短 20 至 30 年。

“镰刀状形状实际上只是病症的一部分，”Azar 医生说道。“这种疾病是由这一单一基因突变所引发的一系列破坏性影响所驱动的。找到一种减轻该突变负面影响的方法，将大大改善患者的生活质量，更不用说延长寿命了。”

美国食品药品监督管理局 (FDA) 于 2023 年 12 月批准的两种疗法（Casgevy 和 Lyfgenia），采用了不同的基因疗法途径，从源头上治疗红细胞。每种疗法都会对从骨髓（一种存在于骨骼内部的海绵状组织）中提取的干细胞进行修饰。这些能够转化为不同细胞类型的干细胞，最终会生长为红细胞。

Casgevy

在婴儿出生前，骨髓产生的红细胞含有一种与儿童和成人体内不同的血红蛋白。这种被称为胎儿血红蛋白的物质，其功能与普通血红蛋白（即血红蛋白 A）相同。出生后，骨髓开始用携带血红蛋白 A 的红细胞取代携带胎儿血红蛋白的红细胞。

不同的基因负责产生每种类型的血红蛋白。导致镰状细胞病的突变仅影响血红蛋白 A 的产生，而不影响胎儿血红蛋白。

由 Vertex Pharmaceuticals 在 CRISPR Therapeutics 支持下生产的 Casgevy，利用 CRISPR/cas9 技术重启胎儿血红蛋白的产生。这是首个使用 CRISPR/Cas9 技术的 FDA 批准疗法。

Lyfgenia

由 Bluebird Bio, Inc. 生产的 Lyfgenia 既不使用 CRISPR 也不使用胎儿血红蛋白来治疗 SCD。相反，它使用一种称为慢病毒载体的无害病毒将遗传物质输送到干细胞中。遗传物质修饰这些细胞，以产生一种功能类似于血红蛋白A的血红蛋白，称为血红蛋白 AT87Q

“一种方法重启了人类原本就有的功能，而另一种方法则修饰基因以产生一种他们自身无法产生的血红蛋白，”Azar 医生说道。

基因疗法如何治疗镰状细胞病症状？

SCD 患者终生都会经历慢性疼痛。

镰状细胞血红蛋白使红细胞变得更硬、更粘且柔韧性更差。当试图挤过狭窄的血管时，这些镰状细胞可能会粘在一起，或粘在血管壁上。最严重的疼痛，即疼痛危象，是由镰状细胞粘附在血管上及其随之造成的损伤引起的。

其他并发症包括：

• 中风
• 心脏病发作
• 对心脏、肺和肾脏等特定器官的损害

Casgevy 和 Lyfgenia 降低了红细胞阻塞血流或形成镰状的可能性。这两种药物分别产生的胎儿血红蛋白和血红蛋白 AT87Q 恢复了这些红细胞的大部分天然特性。

镰状细胞病治疗中的种族不平等

据美国红十字会统计，98% 的镰状细胞病 (SCD) 患者是黑人或棕色人种。仅有的几种治疗方法凸显了医疗保健领域的种族不平等，尤其是与囊性纤维化相比时——囊性纤维化是另一种主要影响白人患者的可怕遗传病。

镰状细胞病的发病率是囊性纤维化的 3 倍。然而，研究表明，从 2008 年到 2018 年，这两种疾病获得的联邦政府研究经费数额相近。期刊发表的关于囊性纤维化的研究文章数量明显更多，且美国食品药品监督管理局 (FDA) 批准的囊性纤维化药物也多出三种。

1998 年，美国食品药品监督管理局 (FDA) 批准了羟基脲用于治疗成人镰状细胞病。据美国血液学会称，该药物有助于提高胎儿血红蛋白水平，并帮助红细胞保持圆形和柔韧。自那以后，进展陷入了停滞。

“25 年来，羟基脲是唯一获得 FDA 批准、能显著帮助镰状细胞病患者延长寿命并减轻疼痛的药物，”Azar 医生说道。“鉴于受该疾病影响尤为严重的患者群体几乎无法获得另外两种治疗方案，探索全新治疗途径已迫在眉睫。”

两种替代治疗方法为：

1.输血

镰状细胞病 (SCD) 患者一生中可能需要进行一次或多次输血。输血为接受者提供来自捐赠者的健康血液，接受者：

• 可能因手术或受伤而失血
• 自身无法产生足够的健康血液

输血可能需要 1 到 4 小时才能完成。医生必须核实接受者的血型是否与捐赠者的血型相匹配。血液还必须携带相同类型的人类白细胞抗原 (HLA)，这是一种存在于人体组织中的蛋白质。

免疫系统是人体抵御有害疾病的主要防线，它利用 HLA 来区分正常、健康的组织与有害物质。识别正确的 HLA 可以防止免疫系统攻击这些健康的组织。如果血型或 HLA 不匹配，接受者的身体可能会排斥或攻击所接收的血液。

频繁的输血也可能导致铁过载，这会使将来更难找到匹配的血液。

“由于输血是治疗镰状细胞紧急情况的唯一方法，因此减少寻找血液匹配的障碍至关重要，”Azar 医生说道。

2.骨髓移植

在骨髓移植过程中，医生会用来自捐赠者的健康干细胞替换异常干细胞。患者在手术前需住院 1 到 2 周。

特殊的药物——有时还包括放射治疗——会破坏患者骨髓中残留的异常干细胞。它们还会削弱免疫系统，防止患者的身体攻击来自捐赠者的骨髓。与输血一样，医生必须确保患者的 HLA 和血型与捐赠者的相匹配。

药物和放射治疗可能会导致：

• 恶心和呕吐
• 腹泻
• 疲劳
• 口腔溃疡
• 皮疹
• 脱发
• 肝损伤

人类会遗传 HLA 类型，这意味着族裔因素可能会使寻找输血或骨髓移植的匹配对象变得更加困难。根据 Be The Match Registry®，白人患者找到骨髓匹配的几率为 79%。黑人患者的几率仅为 29%。

哪些中心提供镰状细胞病的基因疗法？

如果成功，Casgevy 和 Lyfgenia 可以让骨髓产生足够的健康红细胞，从而限制镰状细胞的影响。根据 FDA 的说法，在单独的临床试验中，接受这两种治疗的患者在镰状细胞血管闭塞事件（简称 VOE，又称疼痛危象）方面得到了显著缓解。

全美少有医疗中心提供这两种疗法。Vertex 已授权 9 家中心实施其治疗。Bluebird Bio 已授权 27 家。

Mass General 符合提供 Casgevy 治疗的几项要求。这些要求由国家镰状细胞中心联盟制定，包括拥有：

• 综合性 SCD 中心
• 获得细胞治疗认证基金会认证的骨髓移植中心
• 单采单元，有助于分离血液的不同成分
• 社会工作、心理健康诊疗、护理服务和营养支持服务

扩大镰状细胞病基因疗法的获取途径

Azar 医生表示，Mass General 的综合镰状细胞病治疗中心旨在让数千名有需要的患者更容易获得 Casgevy 治疗。

该中心积极解决长途跋涉患者的住宿问题。其临床医生还倡导马萨诸塞州立法机构通过法案，要求保险提供商承担生育治疗的费用。

该中心提供的其他资源包括：

• 个性化的疼痛治疗技术，如瑜伽、按摩疗法和针灸
• 为精神照护提供 SCD 牧师
• 可以帮助制定个性化运动和营养计划的医学运动专家
• 可以帮助制定症状管理和生存策略的专业姑息治疗提供者
• 专门的初级保健提供者，他们可以提供预防性诊疗并改善整体健康状况

“可悲的现实是，许多镰状细胞患者被告知他们活不过 40 岁，因此从未投资过住房或退休计划，”Azar 医生说道。“基因细胞疗法的力量可能为我们提供了改写这一叙事的机会。”