JHEP Reports|基因修復后iPSC用于治療肝豆狀核變性

時間：2021-11-12 10:49:21

基于iPSC的自體細胞治療

（Shi, Y., et al. Nat Rev Drug Discov, 2017）

基于iPSC的自體細胞治療

iPSC具有無限擴增的能力，并且可以分化為成體所有細胞類型，可為再生醫學提供無限細胞來源。結合基因修飾技術，我們可以在獲得病人自身的iPSC后，修復病人iPSC基因組中的突變，分化為疾病相關細胞類型，然后移植給病人（如上圖）。

近期，作為深港創新圈項目和粵港科技創新聯合項目的成果之一，香港大學（HKU）聯合三啟生物（CIB）/三啟藥物（CIT）和中國科學院廣州生物醫藥與健康院（GIBH）在JHEP Reports上發表文章，提供了基因修復后iPSC用于治療肝豆狀核變性（也稱威爾遜病，Wilson's disease；WD）的概念驗證數據。

? 項目概覽

（Rui Wei et al., JHEP Reports, 2021 ）

概念驗證：基因修復后的iPSC來源肝細胞治療肝豆狀核變性

病因

Disease mechanism

P型銅轉運ATP酶 (ATP7B) 在肝細胞內有2個功能（圖1）：①裝載銅到銅藍蛋白（Cp）形成Cp-Cu復合物，隨后銅隨銅藍蛋白經循環系統輸送到全身各個器官完成必要的生理功能。②將肝臟內多余的銅通過囊泡運輸轉運至膽汁排出體外。

肝豆狀核變性 (WD)病人由于P型銅轉運ATP酶 (ATP7B)發生突變，ATP酶功能減弱或缺失，血清中銅藍蛋白合成減少，膽道排銅受阻，進而導致過量的銅無法排出并在肝臟中積聚。過量銅可產生氧自由基，使肝細胞受損，破壞，凋亡，從而導致進行性肝硬化和肝衰竭。過量的銅可導致多臟器受累，如錐體外系癥狀、精神癥狀、腎損害、Kayser-Fleischer環等。¹

圖1 Copper Metabolism and ATP7B

（Aftab Ala et al., The lancet, 2007）

WD在世界范圍的發病率為1/30,000 - 1/100,000，致病基因攜帶者約為1/90，以兒童和青少年發病為主，是常見的遺傳性肝病之一。該病進入了2018年6月國家衛健委聯合科技部及藥品監督管理局等5家單位公布的《第一批罕見病目錄》。這意味著開發WD創新藥品和療法具有優先審評審批、減免臨床試驗、有條件批準上市、延長數據保護期等政策優勢。

診斷和治療

Diagnosis and Treatment

WD的實驗室檢測包括血清銅藍蛋白、血清銅、尿銅和肝銅的測定，但直接檢測ATP7B突變更為可靠，有助于區分攜帶者和患病的年輕人。²

目前針對WD的藥物主要分為2種，銅螯合劑或阻止銅吸收的鋅劑（表1）。盡管銅螯合劑和鋅劑治療WD目前已取得了很不錯的成效，但是其副作用也不容忽視，³有1/3的WD病人對這兩類藥物無應答。⁴ 因此，亟需開發高效低毒的新型療法。目前已有多種療法在開發過程中（表2），包括中藥單體，小分子化合物，基因療法等。

近年來，iPSC技術的蓬勃發展為這類遺傳疾病也提供了新的治療思路。

? 表1 現有治療WD的藥物⁵

? 表2 治療WD的潛在療法⁵

基于iPSC的創新療法

Cell Therapy

誘導多能干細胞（iPSC）為再生醫學提供了無限可能。目前，體外培養器官仍然較為困難，但是體外培養細胞的相關技術已經非常成熟。目前已有多例基于iPSC的細胞替代療法在臨床試驗中。iPSC具有無限擴增的能力，并且可以分化為成體所有細胞類型，可為再生醫學提供無限細胞來源。然而，多數異體細胞移植仍然需要抑制病人免疫系統以增長外源細胞在病人體內的駐留時間，長時間的免疫抑制會給病人帶來感染以及罹患腫瘤的風險。結合基因修飾技術，我們可以在獲得病人自身的iPSC后，修復病人iPSC基因組中的突變，分化為疾病相關細胞類型，然后移植給病人。

為了從概念上驗證該策略是否適用于肝豆狀核變性，我們首先建立了病人iPSC，然后利用CRISPR/Cas9及ssODNs修復了ATP7B R778L突變(圖3，圖4)，并進一步將基因修復后的iPSC分化為肝臟細胞。我們證實了基因修復逆轉了R778L表型，表現為恢復了ATP7B在肝細胞內的亞細胞定位，并在銅過載試驗中恢復了泵銅能力。隨后，我們將修復后的iPSC來源的肝臟細胞移植至Atp7b^-/- 免疫缺陷小鼠中，發現這些細胞可顯著減輕小鼠的疾病癥狀，并且肝損傷減輕，肝纖維化降低，肝銅含量降低。

圖3. 利用CRISPR/Cas9和ssODN修復R778L突變

圖4. Sanger測序確認R778L被修復（雜合）

該研究結果表明，經基因修復的肝豆狀核變性患者iPSC來源的肝細胞可以逆轉該病的體外和體內疾病表型。這些概念驗證試驗表明，從基因校正的病人 iPSC中分化而來的肝細胞可望用于肝豆狀核變性和其他遺傳性肝病的自體細胞替代療法。同時，本研究也為開發肝豆狀核變性體內基因治療產品完成了前期驗證。

全文鏈接⁶：

DOI:https://doi.org/10.1016/j.jhepr.2021.100389

// 參考文獻 //

1. 中華醫學會神經病學分會帕金森病及運動障礙學組. 肝豆狀核變性的診斷與治療指南. 中華神經外科雜志. 2008;41:566-569.

2. Fernandes J, Saudubray J-M, Van den Berghe G and Walter JH. Inborn metabolic diseases: diagnosis and treatment: Springer Science & Business Media; 2006.

3. 張舒揚，趙玉沛, 罕見病診療指南. 2019版, 北京: 人民衛生出版社.2019.

4. orio R, D'Ambrosi M, Marcellini M, Barbera C, Maggiore G, Zancan L, Giacchino R, Vajro P, Marazzi MG, Francavilla R, Michielutti F, Resti M, Frediani T, Pastore M, Mazzarella G, Fusco G, Cirillo F, Vegnente A, Hepatology Committee of Italian Society of Paediatric Gastroenterology H and Nutrition. Serum transaminases in children with Wilson's disease. J Pediatr Gastroenterol

Nutr. 2004;39:331-6.

5. Jiayin Yang, PhD thesis. HKU

6. Wei R, Yang J, Cheng CW, Ho WI, Li N, Hu Y, Hong X, Fu J, Yang B, Liu Y, Jiang L, Lai WH, Au KW, Tsang WL, Tse YL, Ng KM, Esteban MA, Tse HF, CRISPR-targeted genome editing of human induced pluripotent stem cell-derived hepatocytes for the treatment of Wilson’s disease, JHEP Reports (2021), doi: https://doi.org/10.1016/j.jhepr.2021.100389.

編輯：Jianquan Zhang

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