三维基因组结构影响SCID-X1基因治疗的成功

　　2019年,圣。Jude慢病毒基因疗法在DNA水平上恢复了多名患有x连锁严重联合免疫缺陷障碍(SCID-X1)或“泡泡男孩病”的婴儿的免疫系统。这些孩子现在可以产生功能性免疫系统。

　　

患有x连锁严重联合免疫缺陷障碍(SCID-X1)的患者，有时被称为“泡泡男孩病”，生来就有一个缺陷基因，阻止他们产生免疫细胞。2019年，圣犹达儿童研究医院的基因疗法通过提供校正后的基因拷贝，恢复了多名患有SCID-X1的婴儿的免疫系统。通过持续监测患者安全的努力，圣犹达的科学家最近记录了基因拷贝整合到患者DNA中的位置，为了解使用慢病毒载体的生物学和安全性提供了基础。研究结果发表在今天的《科学进展》杂志上。 

“我们现在有一个强大的管道来监测慢病毒基因疗法的安全性，”圣犹达计算生物学系临时主席、资深通讯作者余吉阳博士说。“这确实给那些可以通过慢病毒基因疗法治愈的遗传病患者带来了希望。看起来我们安全地治愈了这些患者的泡泡男孩病。”圣犹达大学的研究小组将整个计算流程与手稿一起发表。 

治疗几年后，与早期的逆转录病毒疗法不同，圣犹达慢病毒基因疗法对SCID-X1既有效又安全。研究人员确定了该基因被添加到患者DNA中的位置，以及为什么载体在该特定位置整合。科学家们此前知道，慢病毒基因疗法整合到DNA的不同区域，似乎比早期的技术更安全，但他们无法解释其中的原因。 

三维基因组结构是SCID-X1基因治疗的关键 

科学家们发现，在研究中，新的、经过校正的基因拷贝已经被插入到患者的某些基因组热点中。原因似乎很简单:从3D结构的角度来看，热点是慢病毒载体通过一个称为核孔的通道进入细胞核后首次遇到的区域。 

“这就像有人走进一个房间，坐在靠近门的第一个座位上，”St. Jude骨髓移植和细胞治疗部门主席、医学博士Stephen Gottschalk说。“房间是核心。这些座位是靠近核孔门的DNA元素。在这项研究之前，我从未想到过这一点，但最终这是一个非常简单的原则。” 

圣犹达研究小组发现，基因疗法与患者细胞的整合位点模式揭示了这种方法的安全性和有效性。 

“我们对这种基因疗法进行了全面的单细胞多组学分析，以了解患者细胞中是否存在校正基因的功能拷贝，基因表达的程度以及单细胞水平上的染色质组织，”第一作者、圣犹达计算生物学系的Koon-Kiu Yan博士说。“在这项研究之前，我们可以测量大量细胞的一般基因表达。但通过两名患者的骨髓样本，我们在单细胞水平上看到了哪些基因在哪些细胞类型中表达。” 

通过单细胞分析，以及他们的其他工作，Yan表明治疗的安全性和有效性也与核孔附近的区室整合有关。以前的基因治疗努力将启动子整合到癌基因附近或直接进入癌基因，最终导致癌症。圣犹达使用的慢病毒载体选择性地避开启动子而不破坏癌基因，提高了治疗安全性。用慢病毒基因疗法产生嵌合抗原受体(CAR) T细胞也观察到同样的模式，这表明这种现象可能是一种普遍的机制，并不局限于SCID-X1载体。 

“整合模式数据可以作为潜在安全整合点的地图，”Yu和Gottschalk解释说。“单细胞分析就像深度制图，具有接近像素完美分辨率的地图。大量的整合位点可以作为未来慢病毒基因治疗的安全性参考。” 

有一个案例特别值得注意:需要第二次基因治疗以实现治愈的患者被发现具有不同的整合模式，而不是对第一次剂量有反应的患者。在接受第二次剂量后，患者的整合模式与其他患者相似，治疗有效。本研究为了解治疗反应的差异提供了基础，为未来基因治疗的改进提供了基础。