小鼠模型在血液病研究中的应用

如果说骨骼是人体的行动支撑，那么血液，则是人体的动力之源。
 
一旦血液发生问题，对于人体而言，可谓是牵一发而动全身。
  
血液类遗传疾病通常比较复杂并且很难彻底治愈，会对身体造成巨大的伤害。例如地贫、镰状细胞贫血、血友病等等，患者往往自幼发病，无法大胆地运动，且需要终身治疗，为患者家庭和社会带来了很重的经济负担。 
 
而细胞基因治疗，则为这类遗传疾病的彻底治愈带来了新的希望。从最初的基础研究阐明疾病的发病机制，到发现基因编辑新方法的可行性验证，再到细胞基因治疗的有效性评估等等方面，这些都离不开前期在小鼠模型中开展的临床前的体内实验结果。
 
今天，J博士就来给大家唠唠小鼠模型在血液疾病中的研究策略。
 
   
β地贫和SCD患者都是由于遗传到有缺陷的基因，导致β珠蛋白的功能缺陷，呈现不同严重程度的疾病表型。因此基因治疗策略往往有：

1）导入正常基因替代缺陷基因； 
2）直接编辑纠正致病基因；
3）导入具有治疗性的基因。
   
   
2022年8月17日，全球首个治疗输血依赖型β地贫的细胞基因疗法beti-cel获FDA批准上市，此前该疗法已于2019年获EMA批准。

在自体造血干细胞中稳定引入正常的β珠蛋白基因可以规避同种异体细胞移植的局限性和风险，从而有效治疗β珠蛋白缺陷相关的疾病。如蓝鸟公司的beti-cel中采用的BB305载体，其构建如下图：
 

 
 
  在第一代移植后4个月，实验表明自体移植的细胞可长期存活，且βA-T87Q-珠蛋白可持续生成，此外小鼠红细胞参数分析显示贫血表型得到改善，具有治疗效果。血液生化学数据也表明未出现与βA-T87Q-转基因蛋白生成相关的毒性。
 

  为了深入了解插入诱变对恶性肿瘤（白血病）生成的潜在影响，以评估长期安全性，该研究中进行了涉及108个B6 CD45.1小鼠（Pep boy #002014）的二次移植。除了常规分析了移植中的载体拷贝数以及插入位点情况外，还用CD45.1和CD45.2的抗体，确定增殖性病变的起源是继发性还是非继发性受体起源。

此外因为该实验中需要用辐照清髓来降低排斥反应，所以部分肿瘤的发生有可能与辐照还有小鼠的遗传背景有关，因此，该药物也在免疫缺陷鼠NOD/SCID (#001303)中做了安全性测试，结果表明没有与BB305相关的毒性或致瘤性^[1]。
 
   
碱基编辑也是目前基因疗法中的热门。其可以在不导致DNA双链断裂的情况下，实现基因组中的单个碱基精确修改，如腺嘌呤碱基编辑器（ABE），能够将A转换为G。
 
像BEAM Therapeutics的BEAM-102就采用了该策略来治疗SCD。在SCD中，该ABE方法虽然不能还原突变，但是产生的珠蛋白变体不具有致病性，原理如下图：
     
该疗法虽然目前因公司管线调整，暂停IND申请，但前期的临床前实验数据如下：
 
研究团队以SCD的Townes（#013071）模型开展实验，通过电穿孔的方式将修复基因导入HSPC，随后进行移植。 
    
结果表明，初次和二次移植后，这些编辑后的造血干细胞能够长期存在，并将镰状细胞病小鼠模型的血液学参数恢复到接近正常水平，SCD病理特征减轻[2]。
   
   
除了可以添加β链外，科学家发现虽然大多数情况下，胎儿血红蛋白HbF在出生后迅速降低，但是在一些人群观察到了HbF的持续高表达，称为HPFH。如果这些人同时也携带地贫或SCD突变的话，病况会出现不同程度的减轻。
 
2号染色体上的BCL11A是γ链的有效抑制因子，通过抑制BCL11A将有效提高成人中HbF的含量弥补成人血红蛋白的缺失，延长疾病小鼠的寿命。像CRISPR Therapeutics/Vertex公司的CTX001，将有望成为第一个上市的CRISPR基因编辑疗法。
  早期的临床前实验中，使用的小鼠模型如下：
Bcl11a全身敲除小鼠是致死的，早期研究中通过Bcl11a^fl/fl和EpoR-Cre⁺(#035702)两种品系杂交，后再与Townes模型（#013071）杂交，达到在SCD小鼠敲除红系细胞的Bcl11a的目的^[3]。
  与对照相比，在红细胞Bcl11a敲除小鼠中，γ链含量显著增加，血涂片中没有可见的镰状细胞，红细胞参数以及器官组织病理特征得到显著改善。
   
 
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参考文献：
[1] Curr Gene Ther. 2015. PMID: 25429463
[2] Nature. 2021.PMID: 34079130
[3] Science. 2011. PMID: 21998251