《研究显示切除HIV-DNA或将实现永久治愈艾滋病》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 黄翠
  • 发布时间:2017-06-05
  • 5 月 3 日刊登在“分子治疗”杂志的新研究中,Temple University(LKSOM)和匹兹堡大学的 Lewis Katz 医学院的科学家表明,他们可以从活体基因组中切除 HIV DNA 消除进一步的感染。他们是第一个在三种不同的动物模型中进行试验的,包括一种“人性化”模式,其中小鼠被移植人免疫细胞,并感染病毒。 该小组首先证明 HIV- 1 复制可以被完全关闭,通过强大的基因编辑技术 CRISPR / Cas9,病毒从动物的感染细胞中被消除。该研究工作由胡文辉博士,现任 LKSOM 代谢疾病研究中心副主任、 Kamel Khalili 博士,Laura H. Carnell 教授,神经科学系主任,神经病学中心主任,LKSOM 综合神经病学中心主任和杨文滨博士,匹兹堡大学医学院放射科系助理教授等领导。杨博士最近加入了 LKSOM。 新工作建立在该团队于 2016 年发布的之前的概念验证研究的基础之上,其中他们将转基因大鼠和小鼠模型与 HIV-1 DNA 结合到动物身体的每个组织的基因组中。他们表明,他们的策略可以在实验动物的大多数组织中从基因组中删除 HIV- 1 的靶向片段。 胡博士说:我们的新研究较为全面。“我们证实了我们以前工作的数据,提高了基因编辑策略的效率,并且还表明该策略在两种其他的小鼠模型中有效,一种代表小鼠细胞的急性感染,另一种代表人体细胞的慢性或潜伏型感染”。 在新研究中,该小组在转基因小鼠中基因灭活了 HIV-1,将病毒基因的 RNA 表达降低了约 60%至 95%,证实了其早期发现。然后,他们在急性感染的 EcoHIV 小鼠中测试了他们的系统,这些小鼠相当于人类 HIV- 1 感染型。 “在急性感染期间,艾滋病病毒积极复制,”哈利利博士解释说。 “使用 EcoHIV 小鼠,我们能够研究 CRISPR / Cas9 策略阻止病毒复制并潜在地预防全身感染的能力。”在 EcoHIV 小鼠中,该策略的切除效率达到 96%,通过 CRISPR / Cas9 系统的预防性治疗为 HIV- 1 根除提供了第一个证据。 在第三动物模型中,潜伏的 HIV- 1 感染在人类免疫细胞(包括 T 细胞)移植的人源化小鼠中重现,随后是 HIV- 1 感染。胡医生解释说:这些动物携带潜伏在人类 T 细胞基因组中可以逃脱检测的病毒。在用 CRISPR / Cas9 进行单次治疗后,从包埋在小鼠组织和器官中的潜伏感染的人细胞中成功切除了病毒片段。 在所有三种动物模型中,研究人员使用了基于 AAV-DJ / 8 亚型的重组腺相关病毒(rAAV)载体递送系统。胡医生说:“AAV-DJ / 8 亚型结合了多种血清型,为我们的 CRISPR / Cas9 系统提供了更广泛的细胞靶标。他们还重新设计了他们以前的基因编辑设备使其能携带四个指导 RNA,所有这些 RNA 都设计用于有效地从宿主细胞基因组中消除综合的 HIV-1 DNA,并避免潜在的 HIV- 1 突变逃逸。 为了确定该战略的成功,该团队测量了 HIV-1 RNA 的水平,并使用了一种新的活生物发光成像系统。 “由 Dr. Young 博士在匹兹堡大学开发的成像系统确定了 HIV- 1 感染细胞在体内的空间和时间位置,使我们能够实时观察 HIV- 1 的复制,并且基本上看到潜伏感染的细胞和组织中的 HIV- 1 储库,”Khalili 博士解释说。 这项新研究标志着追求永久治疗艾滋病毒感染的又一重大进步。 “下一个阶段将是在灵长类动物中重复研究,这类动物是艾滋病毒感染引起疾病的更适合的动物模型,是为了进一步证实在潜伏感染的 T 细胞和其他受庇护的 HIV- 1 中的 HIV-1 DNA 的消除,包括脑细胞,”哈利博士说。 “我们的最终目标是人类患者的临床试验。”

相关报告
  • 《Cell 重磅!全球首位女性艾滋病患者或已被治愈,艾滋病治愈或许迎来新机遇》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-03-17
    • 此前,有两名男性通过CCR5Δ32纯合(CCR5Δ32/Δ32)异体成体干细胞移植治愈了HIV-1。 2023年3月16日,威尔康奈尔医学院许静美(音译,Hsu Jingmei)团队在Cell 在线发表题为“HIV-1 remission and possible cure in a woman after haplo-cord blood transplant”的研究论文,该研究报告了一名接受CCR5Δ32/Δ32单倍相合脐带血移植(脐带血细胞与来自成人的单倍相合干细胞结合)治疗急性髓系白血病(AML)的混血女性的第一例缓解和可能的HIV-1治愈。 移植后第14周,脐带血嵌合率为100% CCR5Δ32/Δ32,并持续随访4.8年。免疫重建与以下因素相关:(1)丧失可检测复制能力的HIV-1储存库,(2)丧失HIV-1特异性免疫反应,(3)体外对X4和R5实验室变体的耐药性,包括移植前的自体潜伏储存库分离物,以及(4)移植后37个月开始停用抗逆转录病毒治疗,伴病毒血症18个月的HIV-1控制。总之,CCR5Δ32/Δ32单倍相合移植实现了缓解和可能的HIV-1治愈。 另外,2023年2月20日,德国海因里希·海涅大学Björn-Erik Ole Jensen等人在Nature Medicine在线发表题为”In-depth virological and immunological characterization of HIV-1 cure after CCR5Δ32/Δ32 allogeneic hematopoietic stem cell transplantation“的研究论文,该研究描述了一例长期HIV-1缓解的53岁男性患者,他在进行了异基因CCR5Δ32/Δ32 HSCT治疗急性髓系白血病后被监测了9年以上。尽管在外周血T细胞亚群和组织来源样本中(通过液滴数字PCR和原位杂交)检测到零星的HIV-1 DNA痕迹,但在人化小鼠中(重复的体外定量和体内生长试验)没有发现复制能力病毒。低水平的免疫激活和减弱的HIV-1特异性体液和细胞免疫反应表明缺乏持续的抗原生产。在分析治疗(CCR5Δ32/Δ32 HSCT)中断四年后,病毒反弹的缺失和HIV-1抗原持久性的免疫相关性缺乏是HIV-1治愈的强有力证据。 全世界有近3800万人携带HIV-1病毒,其中美国估计有120万人。HIV-1感染是无法治愈的,因为HIV-1潜伏在长寿命的静息记忆CD4+ T细胞中。当抗逆转录病毒治疗(ART)停止时,这些潜伏的前病毒会加剧病毒血症,需要终身治疗。CCR5是一种β趋化因子受体基因,是HIV-1感染CD4+ T细胞的主要共受体。 纯合子CCR5Δ32移码突变删除了编码区32个碱基对(CCR5Δ32/Δ32),消除了CCR5的细胞表面表达。这种变化赋予了对CCR5-tropic HIV-1变异的天然抗性。大约10%的北欧白人携带CCR5基因Δ32突变;然而,只有1%的突变是纯合的。移植CCR5Δ32/Δ32干细胞可以根除HIV-1储存库,将免疫系统替换为对HIV-1有抗性的免疫系统,最终使因潜在疾病需要移植的PLWH得到HIV-1缓解和治愈。先前报告了两例已发表的HIV-1治愈病例,使用不相关的成人CCR5Δ32/Δ32干细胞捐赠者。 柏林病人:Timothy Brown是一名感染了HIV-1和急性髓系白血病(AML)的白人男子。他接受了类淋巴细胞抗原(HLA)匹配的CCR5Δ32/Δ32成人无血缘关系供体干细胞移植。AML复发后,他接受了同一捐赠者的第二次移植。他被认为治愈了HIV-1和AML。12年后,他死于AML复发,没有抗逆转录病毒治疗后HIV-1反弹的证据。 伦敦病人:Adam Castillejo,接受了HLA匹配CCR5Δ32/Δ32成人非亲缘捐赠者干细胞移植治疗他的霍奇金淋巴瘤。据报道,他在接受抗逆转录病毒治疗18个月后病情缓解,30个月后痊愈,没有出现HIV-1病毒血症反弹。 此外,Duesseldorf患者是一名HIV-1感染者,他也因急性髓性白血病接受了成人CCR5Δ32/Δ32干细胞移植,在抗逆转录病毒治疗中断(ATI)后出现了6个月的病毒血症。在撰写本报告时,没有最新的出版信息可以确定更长的缓解时间或HIV-1治愈时间。 使用CCR5Δ32/Δ32的干细胞移植是罕见的,因为CCR5Δ32/Δ32在人群中的患病率极低,而且很少有登记对成人干细胞捐赠者进行这种突变的筛查。然而,脐带血(CB)可能是种族多样化的PLWH更好的供体干细胞。即使移植物只与HLA部分匹配,且移植物抗宿主病较少,CB也能成功移植。在国际孕产妇儿科青少年艾滋病临床试验 (IMPAACT) P1107研究(NCT02140944)中,研究人员假设获得预先筛选的CCR5Δ32/Δ32基因突变脐带血单位(CBUs)将扩大非白人HIV-1感染者的供体细胞池。 该研究报告了一名中年混血女性,她在被诊断为急性HIV-1感染并接受抗逆转录病毒治疗4年后患上AML,缓解和可能的HIV-1治愈。她被移植了来自StemCyte国际脐带血中心注册中心(StemCyte)的CCR5Δ32/Δ32纯合子CBU,结合CD34选择的来自具有野生型CCR5等位基因的单倍相合亲缘供体的干细胞。 参与者的移植导致CCR5Δ32/Δ32 CB细胞快速植入和免疫替代,AML缓解。在移植前,HIV-1复制被抑制到临床无法检测到的水平,即使在ART中断后也能保持。相关的病毒、免疫和潜伏的HIV-1库研究与外周血中HIV-1的消除一致,这在移植前是可检测到的。移植后55个月,她仍然没有癌症,停用抗逆转录病毒疗法18个月后也没有病毒反弹,这表明她的病情有所缓解,可能治愈HIV-1。在停用抗逆转录病毒治疗后,没有检测到循环复制能力强的前病毒库。抗逆转录病毒(ARVs)在ART中断前的多个时间点在血浆中检测到,但在ART中断后没有检测到,证实了无ART的HIV-1缓解和可能治愈。 参考消息: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00173-3#%20
  • 《Science子刊:精英控制者对HIV的清除性治愈可能隐藏着终结艾滋病的秘密》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-01-09
    • 一些经诊断感染HIV病毒的患者能够在没有接受抗逆转录病毒药物甚至干细胞移植的情况下根除这种病毒,拥有天然抑制这种病毒的能力,实现了医学上可验证的治愈。科学家们称这一小群人为精英控制者(elite controller),这一称呼反映了他们拥有控制HIV的独特能力。 最近几个月,这类患者中有两个人在科学文献中获得了声誉,每个人都有一个代号:一个称为旧金山患者(San Francisco Patient),另一个称为埃斯佩兰萨患者(Esperanza Patient)。这两人都是因从体内根除HIV而受到关注的女性。 除了这两个著名的例子之外,来自美国拉根研究所的研究人员在一项新的研究中将注意力集中在一个更大的精英控制群体(共58人)上,这些人凭借其独特的生物能力也能够控制住这种病毒。这些精英控制者与42名接受抗逆转录病毒药物(ART)治疗的HIV患者进行了比较,这42名患者在不接受ART治疗的情形下不能控制这种病毒,可作为全球绝大部分HIV感染者的代表。相关研究结果发表在2021年12月15日的Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Signatures of immune selection in intact and defective proviruses distinguish HIV-1 elite controllers”。 这些作者发现了一个表明精英控制者具有根除这种病毒的不寻常能力的新线索。一个原因是强大的免疫反应,但另一个原因是病毒基因序列潜伏在人类基因组中的位置。这些序列往往嵌入到较为偏远的染色体中,在那里它们不太可能复制,但更有可能被免疫力量发现。 这项研究为了解感染HIV意味着什么打开了一扇新的窗口。据估计,这种病毒影响到全球3800万人。自40年前HIV大流行开始以来,全世界已有数百万人死亡。 大多数患者终生服用抗逆转录病毒药物(ART)来控制这种病毒,但精英控制者可以在不需要药物的情况下轻松地长期控制HIV。尽管这位旧金山患者是在1992年被感染的,但她几十年来一直控制着这种病毒。她和其他精英控制者的存在打破了长期以来认为HIV感染必然是终身的教条。 这些新发现与越来越多这方面的研究工作最终可能为未来的药物干预奠定基础,以帮助绝大多数HIV患者根据科学家们从已经实现了“清除性治愈(sterilizing cure)”的精英控制者那里学到的原则清除这种病毒。 论文第一作者、拉根研究所的Xiaodong Lian博士和他的同事们写道,“越来越多的证据表明,对HIV-1复制的持久无药控制是由有效的细胞免疫反应促成的。” Lian和该团队的其他成员研究了他们所谓的免疫系统的微妙 "足迹",这些足迹揭示了精英控制者如何能够在不使用药物的情况下消除HIV感染。他们的实验数据表明,精英控制者体内有活性的HIV毒可能面临来自免疫系统细胞的更大压力。因此,这会使得这种病毒无法躲避免疫系统中的强大细胞军队。 这些作者在这项新的研究中已了解到免疫系统是一个名副其实的军火库,能够发挥强大的抗病毒作用。然而,对于大多数感染了HIV的人来说,免疫反应被严重削弱,这就是为什么ART药物对生存至关重要。这些药物通过阻止这种病毒的复制而发挥作用。 Lian在这篇论文中声称,“我们全面追踪了抗病毒免疫反应对来自精英控制者的完整和有缺陷的HIV前病毒序列的影响。”前病毒指的是HIV将它的遗传物质整合到宿主细胞DNA中的病毒状态。 “前病毒”一词不仅是理解Lian及其同事们所研究内容的关键,而且对于理解绝大多数感染HIV并依赖ART药物的人体内的HIV感染的持久性也至关重要。这种隐蔽的整合行为使得这种病毒保持潜伏状态---隐藏在身体里。 HIV不是作为一种自由流通的病毒进行复制,而是在宿主细胞复制时隐蔽地进行复制,这意味着当细胞处于静止状态而不进行复制时,HIV也是如此。由于前病毒序列已经进入了宿主的DNA,因此在HIV前病毒处于潜伏状态时,免疫系统不会对HIV的存在发出警报。 事实上,当HIV通过将它的基因组拷贝放入宿主的DNA中而整合到宿主的遗传机制中时,它在构建HIV病毒库。Lian及其研究团队发现,对于精英控制者来说,HIV感染的功能是不同的,他们通过研究完整的和有缺陷的前病毒得出了这个结论,因为这两者都存在于精英控制者的染色体中。 他们还发现,精英控制者的HIV前病毒比需要接受ART药物治疗的人的前病毒有更少的突变。突变往往是为了帮助病毒逃避T细胞的识别而进化的。他们报告的另一个发现显示,精英控制者的前病毒更有可能被封存在某些染色体区域,在那里它们不容易复制,但可以被免疫系统中的巡逻细胞轻易地检测到。 诸如此类的发现突显了精英控制者和需要终身接受ART药物治疗的人之间的差异。Lian写道,“近期的研究已经开始揭示精英控制者和大多数需要接受ART药物治疗的人体中持续存在的病毒库之间的明显差异。” 所有的新发现都有助于揭开精英控制者现象背后的一些神秘面纱。2020年美国拉根研究所的研究人员在Nature期刊上报告说,这位旧金山患者是一名精英控制者,她的基因组中没有完整的前病毒序列。她完全没有HIV病毒。根据拉根研究所的研究,这表明这位旧金山患者的免疫系统可能已经完全消除了她自身体内的HIV病毒库(Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2651-8)。科学家们将这种罕见的情况称为 "清除性治愈"。 另外两名患者,即美国加州已故的Timothy Brown(被广泛称为柏林患者)和英国的Adam Castillejo(被称为伦敦患者),都被宣布治愈了HIV感染。然而,这两个人都曾因癌症接受过干细胞移植,这导致他们的免疫系统消除了HIV。Brown在2020年因血癌侵袭性反弹而死亡。旧金山患者和埃斯佩兰萨患者都没有接受过干细胞手术,即为患者提供新的血液供应的骨髓移植。 与旧金山患者一样,科学家们研究了来自阿根廷的精英控制者埃斯佩兰萨患者的11.9亿个血细胞和5亿个组织相关细胞后,未在她的体内发现完整的HIV前病毒。2021年11月,拉根研究所的科学家们在Annals of Internal Medicine期刊上发表了关于她的病例报告(Annals of Internal Medicine, 2021, doi:10.7326/L21-0297)。 拉根研究所的科学家们在总结他们对埃斯佩兰萨患者的研究时说,所有的研究结果都表明,对于那些无法自愈的患者来说,最终可能有一条“可操作的清除性治愈之路”。这些专家说,要实现这一点,还有更多的研究工作要做。 Lian及其同事们总结道,“一个广泛的共识是,在大多数情况下,精英控制着体内对HIV-1复制的无药物控制是由宿主免疫因素介导的。然而,精英控制的发生可能不仅仅是因为存在强大的抗病毒免疫反应来抑制正在进行的病毒复制。我们对单个前病毒序列及其相应的染色体位置进行了同步评估,以产生对来自精英控制者的完整和有缺陷的前病毒库景观的全面分析。这些研究结果表明,在精英控制者中存在一种非典型的完整前病毒库特征。” 参考资料: Xiaodong Lian et al. Signatures of immune selection in intact and defective proviruses distinguish HIV-1 elite controllers. Science Translational Medicine, 2021, doi:10.1126/scitranslmed.abl4097.