小鼠模型在血液病研究中的應(yīng)用

如果說骨骼是人體的行動支撐，那么血液，則是人體的動力之源。
 
一旦血液發(fā)生問題，對于人體而言，可謂是牽一發(fā)而動全身。
  
血液類遺傳疾病通常比較復(fù)雜并且很難徹底治愈，會對身體造成巨大的傷害。例如地貧、鐮狀細胞貧血、血友病等等，患者往往自幼發(fā)病，無法大膽地運動，且需要終身治療，為患者家庭和社會帶來了很重的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。 
 
而細胞基因治療，則為這類遺傳疾病的徹底治愈帶來了新的希望。從最初的基礎(chǔ)研究闡明疾病的發(fā)病機制，到發(fā)現(xiàn)基因編輯新方法的可行性驗證，再到細胞基因治療的有效性評估等等方面，這些都離不開前期在小鼠模型中開展的臨床前的體內(nèi)實驗結(jié)果。
 
今天，J博士就來給大家嘮嘮小鼠模型在血液疾病中的研究策略。
 
   
β地貧和SCD患者都是由于遺傳到有缺陷的基因，導(dǎo)致β珠蛋白的功能缺陷，呈現(xiàn)不同嚴(yán)重程度的疾病表型。因此基因治療策略往往有：

1）導(dǎo)入正�；�因替代缺陷基因； 
2）直接編輯糾正致病基因；
3）導(dǎo)入具有治療性的基因。
   
   
2022年8月17日，全球首個治療輸血依賴型β地貧的細胞基因療法beti-cel獲FDA批準(zhǔn)上市，此前該療法已于2019年獲EMA批準(zhǔn)。

在自體造血干細胞中穩(wěn)定引入正常的β珠蛋白基因可以規(guī)避同種異體細胞移植的局限性和風(fēng)險，從而有效治療β珠蛋白缺陷相關(guān)的疾病。如藍鳥公司的beti-cel中采用的BB305載體，其構(gòu)建如下圖：
 

 
 
  在第一代移植后4個月，實驗表明自體移植的細胞可長期存活，且βA-T87Q-珠蛋白可持續(xù)生成，此外小鼠紅細胞參數(shù)分析顯示貧血表型得到改善，具有治療效果。血液生化學(xué)數(shù)據(jù)也表明未出現(xiàn)與βA-T87Q-轉(zhuǎn)基因蛋白生成相關(guān)的毒性。
 

  為了深入了解插入誘變對惡性腫瘤（白血�。┥�成的潛在影響，以評估長期安全性，該研究中進行了涉及108個B6 CD45.1小鼠（Pep boy #002014）的二次移植。除了常規(guī)分析了移植中的載體拷貝數(shù)以及插入位點情況外，還用CD45.1和CD45.2的抗體，確定增殖性病變的起源是繼發(fā)性還是非繼發(fā)性受體起源。

此外因為該實驗中需要用輻照清髓來降低排斥反應(yīng)，所以部分腫瘤的發(fā)生有可能與輻照還有小鼠的遺傳背景有關(guān)，因此，該藥物也在免疫缺陷鼠NOD/SCID (#001303)中做了安全性測試，結(jié)果表明沒有與BB305相關(guān)的毒性或致瘤性^[1]。
 
   
堿基編輯也是目前基因療法中的熱門。其可以在不導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂的情況下，實現(xiàn)基因組中的單個堿基精確修改，如腺嘌呤堿基編輯器（ABE），能夠?qū)�A轉(zhuǎn)換為G。
 
像BEAM Therapeutics的BEAM-102就采用了該策略來治療SCD。在SCD中，該ABE方法雖然不能還原突變，但是產(chǎn)生的珠蛋白變體不具有致病性，原理如下圖：
     
該療法雖然目前因公司管線調(diào)整，暫停IND申請，但前期的臨床前實驗數(shù)據(jù)如下：
 
研究團隊以SCD的Townes（#013071）模型開展實驗，通過電穿孔的方式將修復(fù)基因?qū)�入HSPC，隨后進行移植。 
    
結(jié)果表明，初次和二次移植后，這些編輯后的造血干細胞能夠長期存在，并將鐮狀細胞病小鼠模型的血液學(xué)參數(shù)恢復(fù)到接近正常水平，SCD病理特征減輕[2]。
   
   
除了可以添加β鏈外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)雖然大多數(shù)情況下，胎兒血紅蛋白HbF在出生后迅速降低，但是在一些人群觀察到了HbF的持續(xù)高表達，稱為HPFH。如果這些人同時也攜帶地貧或SCD突變的話，病況會出現(xiàn)不同程度的減輕。
 
2號染色體上的BCL11A是γ鏈的有效抑制因子，通過抑制BCL11A將有效提高成人中HbF的含量彌補成人血紅蛋白的缺失，延長疾病小鼠的壽命。像CRISPR Therapeutics/Vertex公司的CTX001，將有望成為第一個上市的CRISPR基因編輯療法。
  早期的臨床前實驗中，使用的小鼠模型如下：
Bcl11a全身敲除小鼠是致死的，早期研究中通過Bcl11a^fl/fl和EpoR-Cre⁺(#035702)兩種品系雜交，后再與Townes模型（#013071）雜交，達到在SCD小鼠敲除紅系細胞的Bcl11a的目的^[3]。
  與對照相比，在紅細胞Bcl11a敲除小鼠中，γ鏈含量顯著增加，血涂片中沒有可見的鐮狀細胞，紅細胞參數(shù)以及器官組織病理特征得到顯著改善。
   
 
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參考文獻：
[1] Curr Gene Ther. 2015. PMID: 25429463
[2] Nature. 2021.PMID: 34079130
[3] Science. 2011. PMID: 21998251