科学家们开发了基因疗法的替代方案:该技术指向更安全、更简单的潜在HIV疗法
斯克里普斯研究所的科学家们发现了一种令人惊讶的简单而安全的方法，可以破坏细胞内的特定基因。科学家们通过展示这种新技术作为对抗HIV感染的实验性基因疗法的一种更安全的替代方案，强调了这种新技术的医学潜力。
“我们证明，我们可以修改细胞基因组，而不存在传统基因长期以来所存在的问题基因治疗该研究的资深作者卡洛斯·f·巴尔巴斯三世说，他是斯克里普斯研究所的珍妮特和基思·凯洛格二世分子生物学和化学教授。
这项新技术，在自然方法2012年7月1日，雇佣锌指核酸酶(ZFN)蛋白质，它可以在基因组中精确定义的位置结合和切割DNA。zfn在科学实验和潜在疾病治疗中得到广泛应用，但通常是使用潜在风险的基因治疗方法进入细胞。
斯克里普斯研究中心的科学家们简单地将ZFN蛋白质直接添加到实验室培养皿中的细胞中，发现这种蛋白质进入细胞并发挥了基因切割功能效率高而且附带损害最小。
“这项工作消除了ZFN蛋白作为人类基因治疗工具有效使用的主要瓶颈，”Michael K. Reddy说，他负责监督美国国立卫生研究院(NIH)国家普通医学科学研究所的转录机制拨款，该研究所帮助资助了这项工作，并获得了NIH主任先驱奖。“巴尔巴斯博士‘简单地’测试ZFNs可能具有内在细胞穿透能力这一概念的直接方法证明了他高度创造性的天性，进一步验证了他被选为2010年NIH主任先驱奖的获奖者。”
质疑的假设
ZFNs于20世纪90年代中期发明，是由两种蛋白质组成的人工结构:一种是“锌指”结构，可设计成与特定的短DNA序列结合，另一种是核酸酶，可在结合位点切割DNA，使细胞难以修复。最初的制造锌指蛋白的技术是由Barbas在20世纪90年代初发明的，锌指蛋白用于引导核酸酶到达它们的目标基因。
科学家们认为ZFN蛋白不能穿过细胞膜，因此标准的ZFN传递方法是一种基因治疗技术，利用一种相对无害的病毒将设计的ZFN基因携带到细胞中。一旦进入细胞，ZFN基因开始产生ZFN蛋白质，寻找并摧毁细胞DNA中的目标基因。
基因治疗方法的一个风险是病毒DNA——即使病毒不是逆转录病毒——最终可能被随机合并到细胞DNA中，破坏了一个有价值的基因，如肿瘤抑制基因。这种传递方法的另一个风险是，ZFN基因最终会产生过多的ZFN蛋白，导致大量的“脱靶”DNA切割。Barbas说:“病毒传播方法涉及很多脱靶伤害。”
在新的研究中，Barbas和他的同事开始寻找一种更安全的ZFN传递方法，它不涉及病毒或其他遗传物质进入细胞。他们最初对携带额外蛋白质片段的ZFN蛋白进行了实验，以帮助它们穿透细胞膜，但发现这些经过修饰的ZFN蛋白很难大量生产。最终，科学家们认识到，普通zfn的锌指段具有可能使蛋白质自己通过细胞膜的特性。
Barbas说:“我们尝试使用未经修饰的ZFNs，你瞧，它们很容易产生，而且非常有效地进入细胞。”
抗爱滋病新策略
接下来，该团队展示了如何将新技术用于基于zfn的对抗HIV感染的策略。
导致艾滋病的逆转录病毒通常通过T细胞表面受体CCR5感染T细胞，去除这个受体使T细胞对艾滋病具有高度抵抗力艾滋病毒感染．2006年，柏林的一名艾滋病患者在接受骨髓移植治疗白血病后不久就失去了所有感染迹象，移植骨髓的捐赠者携带CCR5基因变体，导致该受体表达水平低。用基于zfn的治疗方法破坏T细胞中的CCR5基因可能会重现这种戏剧性的效果。
Barbas说:“我们的想法是保护病人的一些T细胞不受艾滋病病毒的感染，这样免疫系统就能保持足够强大，最终消灭感染。”
一种使用ZFNs破坏T细胞中的CCR5基因，并将修饰过的T细胞重新注入患者体内的基因疗法目前正处于临床试验阶段。Barbas和他的团队用更简单的zfn递送方法也能达到同样的效果。他们将ZFN蛋白直接添加到培养皿中的人类T细胞中，发现在几个小时内，有很大一部分ZFN处理的细胞显示出CCR5基因活性的急剧下降。
Barbas说，经过几次ZFNs的应用，在一种特殊的冷却方法的帮助下，提高了蛋白质穿过细胞膜的能力，科学家们能够以近似于基于基因治疗的方法的效率灭活CCR5基因。
新方法似乎也更安全。该团队用于比较的基于DNA的方法或其他文献中报道的基于病毒的方法最终产生了长达几天的zfn，造成了大量脱靶DNA损伤。但直接传递的ZFN蛋白在细胞内仅保持完整几个小时，造成的脱靶损伤很小。
Barbas说:“在基因治疗方法经常导致损伤的一些脱靶部位，我们发现这种新技术根本没有损伤。”
健康“小工厂”的希望
该团队用多种其他类型的细胞测试了其直接zfn传递技术，发现它在人类皮肤“成纤维细胞”中具有特别高的效率。研究人员现在正在研究先进的治疗方法，他们从患者身上获取这种成纤维细胞，并重新编程细胞的基因表达模式，使它们有效地变成干细胞。然后，这些诱导的干细胞可以使用zfn和其他基因组编辑技术进行修饰。当它们重新注入病人体内时，可以在很长一段时间内产生数以百万计的治疗性后代细胞。
这些技术有一天可能被用于治疗大量疾病。Barbas已经研究了十多年的抗CCR5策略，他想从一种基于zfn的疗法开始，这种疗法可以破坏造血干细胞中的CCR5基因。这些blood-cell-making干细胞重新注入HIV患者体内的细胞将成为生产抗HIV T细胞的小型工厂。
“即使是少量的茎细胞携带这种hiv抗体特征的基因最终可能完全取代患者原有的脆弱T细胞群，”他说。
进一步探索
