艾滋病研究重大突破！基因编辑技术可清除体内HIV病毒

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由于HIV病毒能够潜伏在人体细胞中，治愈HIV病毒感染仍然是一个巨大的挑战。但是根据一篇近日发表在Molecular Therapy杂志上的新研究，天普大学路易斯卡兹医学院（LKSOM）和匹兹堡大学的科学家指出，他们可以切除活体动物基因组中的HIV病毒DNA，从而消除进一步的感染。他们是第一批在三种不同动物模型中完成这一壮举的科学家，他们的实验还包括了一个人源化模型，在这个模型中，他们给老鼠移植入人类免疫细胞并使之感染病毒。

  
该研究小组率先证明HIV-1病毒可以完全清除--采用强大的CRISPR/ Cas9基因编辑技术可以消灭动物体内感染细胞中的病毒。
  
这项新工作由天普大学病理学系副教授Wenhui Hu等人领导完成，该研究建立在该研究小组2016年发表的概念验证性研究基础之上。在之前的研究中，他们使用了转基因大鼠和小鼠模型，这些动物全身所有细胞的基因组中都被整合了HIV-1 DNA。他们表明，他们的方法可以删除实验动物的大多数组织基因组中的HIV-1靶标DNA片段。

新研究可使转基因小鼠基因组中的HIV-1 DNA失活，减少了大约60%-90%的病毒基因的RNA表达，从而证实了前期的研究。随后，他们在感染了急性EcoHIV（也就相当于人类HIV-1）的小鼠体内检验了他们的系统。
  
“在急性感染过程中，HIV病毒会快速复制。“研究另一领导者Khalili 博士说道，“对于患EcoHIV的老鼠，我们的CRISPR/Cas9系统能够阻止病毒复制并预防潜在系统感染。”采用这种策略，感染EcoHIV的老鼠体内病毒DNA被切除效率达到96%，这为采用CRISPR/ Cas9系统预防性治疗HIV-1提供了证据。
  
在第三种动物模型中，潜伏的HIV-1感染在植入人类免疫细胞（包括T细胞）的人源化小鼠中重现，紧接着便出现HIV-1感染。“这些动物携带潜伏在人类T细胞基因组中的艾滋病毒。”胡博士说。 在采用CRISPR/Cas9单次治疗后，病毒片段便从老鼠组织和器官中被潜伏感染的人类细胞中切除。
  
在所有的三种动物模型中，研究人员均采用了基于AAV-DJ/8亚型重组腺相关病毒（rAAV）的载体递送系统。“AAV-DJ/8亚型可以结合多种血清型，为我们的CRISPR/Cas9 系统提供了更加广泛的细胞靶标。”胡博士道。他们还重新设计了之前的基因编辑工具，使得它可以携带4个引导RNA。所有的这些设计都是为了从宿主细胞基因组中有效消除整合的HIV-1 DNA，并避免潜在的HIV-1突变逃逸。

 AAV-DJ-Mediated Delivery of the Multiplex sgRNAs/saCas9-Expressing Vector Effectively Excises the HIV-1 Integrated Genome in NSCs from Tg26 Transgenic Mice
  
为了确定该策略的成功，该团队测量了HIV-1 RNA的水平，并使用一种新的活体生物发光成像系统。“由匹兹堡大学Young博士研发的成像系统可以找出小鼠体内HIV-1感染细胞的空间和时间分布，使我们能够实时观察HIV-1的复制，从本质上观察到病毒潜伏感染的细胞与组织。”Khalili博士说。


这项新研究标志着永久治疗艾滋病毒感染的又一重大进步。“下一阶段将在灵长类动物模型中重复这项研究，从而进一步证实我们的系统可以清除潜在感染的T细胞和其他包括脑细胞在内的HIV-1避难所中的HIV-1 DNA。”Khalili博士说，“我们的最终目标是在人类患者身上进行临床实验验证其疗效。”。
 
Title：In Vivo Excision of HIV-1 Provirus by saCas9 and Multiplex Single-Guide RNAs in Animal Models
Abstract：CRISPR-associated protein 9 (Cas9)-mediated genome editing provides a promising cure for HIV-1/AIDS; however, gene delivery efficiency in?vivo remains an obstacle to overcome. Here, we demonstrate the feasibility and efficiency of excising the HIV-1 provirus in three different animal models using an all-in-one adeno-associated virus (AAV) vector to deliver multiplex single-guide RNAs (sgRNAs) plus Staphylococcus aureus Cas9 (saCas9). The quadruplex sgRNAs/saCas9 vector outperformed the duplex vector in excising the integrated HIV-1 genome in cultured neural stem/progenitor cells from HIV-1 Tg26 transgenic mice. Intravenously injected quadruplex sgRNAs/saCas9 AAV-DJ/8 excised HIV-1 proviral DNA and significantly reduced viral RNA expression in several organs/tissues of Tg26 mice. In EcoHIV acutely infected mice, intravenously injected quadruplex sgRNAs/saCas9 AAV-DJ/8 reduced systemic EcoHIV infection, as determined by live bioluminescence imaging. Additionally, this quadruplex vector induced efficient proviral excision, as determined by PCR genotyping in the liver, lungs, brain, and spleen. Finally, in humanized bone marrow/liver/thymus (BLT) mice with chronic HIV-1 infection, successful proviral excision was detected by PCR genotyping in the spleen, lungs, heart, colon, and brain after a single intravenous injection of quadruplex sgRNAs/saCas9 AAV-DJ/8. In conclusion, in?vivo excision of HIV-1 proviral DNA by sgRNAs/saCas9 in solid tissues/organs can be achieved via AAV delivery, a significant step toward human clinical trials.
Yin C, Zhang T, Qu X, et al. In vivo excision of HIV-1 provirus by saCas9 and multiplex single-guide RNAs in animal models[J]. Molecular Therapy, 2017.

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全文如下：