自從發(fā)現(xiàn)HIV病毒以來，研究人員一直在尋求預防HIV感染和治療HIV的有效策略。經(jīng)過幾十年的努力后，目前研究人員把目光主要集中在三個領域：開發(fā)有效的疫苗，尋找毒性較低的抗病毒藥物，還有就是本文要探討的主要內(nèi)容—通過修改宿主細胞的基因，使它們不能被病毒感染。從而到達治療的目的。
該篇小型的評論性文章總結(jié)了該領域的臨床研究結(jié)果，并展望了該方法的臨床前景。文章發(fā)表在2014年7月9日的JAMA上。
至目前為止，疫苗和藥物治療功能性治愈HIV（患者不再需要服用藥物）的能力有限。基因編輯這一技術(shù)可以幫助患者達到功能性治愈的目標。該技術(shù)主要針對免疫細胞表面的HIV特定受體，目前在實驗室中已經(jīng)成功，有些已經(jīng)進入早期的臨床試驗。
1、已經(jīng)進入臨床試驗的CCR5敲除法
圖 HIV侵入宿主細胞需要CD4受體和輔助受體CCR5，
抑制CCR5的表達可以功能性治愈HIV患者當病毒侵入免疫系統(tǒng)的CD4 T細胞時，
病毒必須需要至少2個受體，
第一個為細胞表面的CD4糖蛋白，
然后是2個輔助受體中的一個，
CCR5或CXCR4。
約有1%的歐洲人可以抵抗HIV病毒，
因為他們是CCR5基因突變的純合子。
該突變?yōu)镃CR5-Δ32突變，
它可以使CCR5這個小蛋白不再在細胞表面表達。
幾年前，
研究人員發(fā)現(xiàn)，
一例柏林患者在接受CCR5-Δ32突變供體的骨髓移植后，
其艾滋病和白血病都得到了治愈。
因為很難找到CCR5-Δ32突變的骨髓移植捐助者，
干細胞移植治療尚不能大規(guī)模運用。
因此，
研究人員一直致力于開發(fā)新的技術(shù)，
并使其能在臨床上大量運用。
例如，
通過病毒載體或其他方法干擾CCR5 RNA的產(chǎn)生。
通過抑制或消除CD4+T細胞表面的CCR5輔助受體的表達來達到CCR5 -Δ32突變的治療效果，
這是一個“
古老”
的想法。
以前的主要問題是通過何種手段來實現(xiàn)CCR5消除或抑制。
研究人員曾試圖利用CCR5胞內(nèi)抗體（
胞內(nèi)抗體，
一個特定的目標細胞內(nèi)抗原）
或小干擾RNA。
但是這些方法的效果都不好。
基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了該問題。
該方法通過核酸酶特異性地切除某一目的基因，
從而使該基因的表達受阻。
南加州大學Paula Cannon博士及其團隊已經(jīng)使用這種核酸酶—鋅指核酸酶在人類造血干細胞中敲除了CCR5基因。
他們把敲除后的干細胞移植到一個“
人源化”
的小鼠模型（
轉(zhuǎn)基因小鼠具有人類的免疫系統(tǒng)）
中，
這些干細胞可以分化成多種血細胞，
同時保留了CCR5缺失的特性。
研究人員用HIV感染小鼠，
病毒的復制受到抑制，
人類T細胞保持在正常水平。
這種方法的一個優(yōu)點是干細胞能不斷分化出新的CD4陽性T細胞，
從而有效抵抗病毒的感染，
隨著時間的推移，
這些細胞存活下來，
并逐漸主導，
使宿主能到抵抗病毒感染。
Paula Cannon博士及其團隊正在對此進行臨床試驗。
June及其同事最近完成了一個使用相同方法的臨床試驗，
但不是針對造血干細胞，
而是自身CD4細胞。
在該項研究中，
12例慢性HIV感染者接受了一百億個自體CD4細胞（
11%-28%進行了CCR5基因敲除）。
出現(xiàn)1例嚴重不良反應事件是由于輸血反應。
1周時，
平均CD4細胞計數(shù)為1517/μL，
是注射前（
448次/μL）
的3倍還多。
據(jù)估計，
一周后外周血中8.8%的循環(huán)單核細胞和13.9%的CD4細胞為CCR5缺失的細胞。
這些細胞的平均半衰期為48周。
6例患者在輸注CD4細胞4周后，
中斷了抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療。
在中斷期內(nèi)，
循環(huán)細胞中CCR5缺失的細胞數(shù)下降明顯慢于無CCR5缺失的細胞。
在其中1例患者中，
HIV RNA甚至下降到檢測線以下。
在大多數(shù)患者中，
血中HIV DNA水平都下降。
這是第1例在人類身上運用基因編輯技術(shù)。
這項工作強烈提示我們，
可以創(chuàng)造一個抵抗HIV感染的免疫系統(tǒng)。
June對自己的研究成果很有信心。
他們現(xiàn)在正在擴大樣本量，
并探索CCR5修飾T細胞的最佳劑量。
2、
其他核酸酶的方法與鋅指核酸酶類似，
其他類型的核酸酶技術(shù)也可以在人類細胞中編輯靶向基因，
具有較高的特異性和較低的細胞毒性。
例如，
可編程的、
序列特異性的DNA結(jié)合酶—類轉(zhuǎn)錄激活因子效應物核酸酶，
簡稱為TALEN。
在實驗室中已經(jīng)成功敲除CCR5基因。
另一個新的方法進行CCR5基因編輯方法叫做CRISPR。
此系統(tǒng)的工作原理是 crRNA（
CRISPR-derived RNA）
通過堿基配對與 tracrRNA （
trans-activating RNA）
結(jié)合形成 tracrRNA/crRNA 復合物，
此復合物引導核酸酶 Cas9 蛋白在與 crRNA 配對的序列靶位點剪切雙鏈 DNA。
而通過人工設計這兩種 RNA，
可以改造形成具有引導作用的sgRNA （
short guide RNA ），
足以引導 Cas9 對 DNA 的定點切割。
這種方法是細菌和古細菌在長期演化過程中形成的一種適應性免疫防御，
可用來對抗入侵的病毒及外源DNA。
加利福尼亞大學的Yuet Kan博士最近使用這個系統(tǒng)使誘導多能干細胞（
iPSCs）
轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo性CCR5基因的純合子。
從這些細胞分化而來的單核細胞和巨噬細胞可以抵抗HIV感染。
從理論上講，
基因編輯的干細胞可以在病人體內(nèi)產(chǎn)生抗HIV的白細胞和T細胞，
最終導致病人被治愈。
該方法沒有抗逆轉(zhuǎn)錄病藥物的毒性，
不像疫苗需要一個健康的免疫系統(tǒng)，
具有良好的臨床前景。
但是目前的挑戰(zhàn)是如何將iPSCs誘導為適合移植的造血干細胞，
還有iPSCs潛在的遺傳異常和致瘤性。
專家們擔心使用核酸酶技術(shù)敲除CCR5基因可能也有潛在的“
脫靶”
效應，
可能影響其他所有基因的表達。
所有的核酸酶技術(shù)都有一定程度的脫靶效應。
特別是高度同源DNA序列。
但是目前對于任何給定的靶基因都有多種核酸酶，
可以確定一種臨床上安全的方法。
Picker指出，
理論上通過移植患者自身經(jīng)過CCR5修飾的干細胞可以達到治愈的目標。
但是實際上，
這種方法還是有點另人懷疑，
因為干細胞移植很危險。
這種方法可以在人類身上試試，
可能有效。
但指望該法解決HIV問題，
可能不太現(xiàn)實。
3、
聯(lián)合敲除基因研究人員也把CXCR4基因作為一種抗HIV的策略。
通過藥物或基因操作抑制CCR5或CXCR4的表達，
只能保護細胞不受相應株HIV的感染，
這有利于另一種HIV的生長。
因此，
June和他的同事用鋅指核酸酶同時編輯人CD4細胞中的CCR5和CXCR4基因。
當這些修改后的細胞移植入人源化的小鼠，
可以保護小鼠免受CCR5和CXCR4 HIV-1的感染。
雖然理論上同時敲除兩種受體可能確實比單一的CCR5要強。
研究人員發(fā)現(xiàn)，
在柏林患者體內(nèi)的少量HIV病毒為CXCR4型。
但是這種病毒在柏林患者移植CCR5缺失的干細胞和停止服用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物后沒有出現(xiàn)大量復制。
研究人員最近證明這種病毒不能在缺失CCR5的細胞中復制。
因此，
CCR5可能不單單是一個HIV進入細胞的第二受體。
盡管CCR5是病毒在宿主內(nèi)復制的重要因素，
但CCR5突變不是機體抵抗HIV感染的全部。
因為有許多CCR5正常的HIV感染者可以清除HIV感染。
這說明其他基因也起了關鍵的作用。
科學家們在努力地工作，
以確定這些基因。
不同人群在HIV感染后的不同臨床結(jié)局，
通過研究他們之間的遺傳差異可能會有令人難以置信的發(fā)現(xiàn)。
然后通過基因敲除技術(shù)，
可以使這些新發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為新的治療措施 。
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