研究发现，基因编辑技术可以切除活体动物基因组中的HIV病毒DNA，从而消除进一步感染

众所周知，HIV具有长时间隐藏和潜伏的特性，因此HIV的感染非常难以消除。日前，来自美国天普大学路易斯·卡茨医学院（LKSOM）的研究小组发布的最新研究表明，HIV病毒的DNA可以从活体动物基因组中切除，从而避免进一步感染。此外，研究人员首次在三种不同的动物模型中进行了这项实验，包括一个拟人化模型，此模型将人类免疫细胞移植到小鼠体内并用病毒进行感染。最新研究结果近期发表在Molecular Therapy杂志上，论文标题为“In Vivo Excision of HIV-1 Provirus by saCas9 and Multiplex Single-Guide RNAs in Animal Models”。

通过强大的基因编辑技术CRISPR/Cas9，该研究首次证明HIV-1复制可以完全被阻断，将病毒从动物感染细胞中清除。新的研究是建立在该小组2016年发表的一项概念验证研究基础上，他们在当时的研究中使用转基因大鼠和小鼠模型，将HIV-1 DNA整合到动物每个组织的基因组中，结果证明他们的策略可以去除实验动物体内大部分组织的基因组中HIV-1病毒DNA的靶向片段。

研究人员所使用的方法

“我们新开展的这项研究更加全面。”文章共同资深作者、代谢疾病研究中心和LKSOM病理学科副教授Wenhui Hu博士提到，“我们从以前的研究工作中确认了这些数据，并提高了我们基因编辑策略的效率。我们还在另外两个小鼠模型上展示了这种方法的有效性，一个模型代表的是小鼠细胞的中急性感染，另一个代表人类细胞中的慢性或长期潜伏感染。”

新研究中，LKSOM研究小组在转基因鼠体内进行HIV-1基因灭活，使病毒基因的RNA表达量降低了60%~95%，这个结果进一步证明了他们之前的研究结论。研究人员进一步在EcoHIV急性感染的小鼠中验证这种方法，这些小鼠模型相当于人类HIV-1感染的情况。

“在急性感染期间，HIV的复制非常活跃。”文章共同资深研究员、LKSOM神经科学部门教授Kamel Khalili博士解释道，“我们可以利用EcoHIV小鼠研究CRISPR/Cas9策略阻断病毒复制的能力和预防系统性感染的潜能。”在EcoHIV小鼠体内，这种方法的切割效率达到96%，这也是首次证明通过CRISPR/Cas9系统预防治疗可以消除HIV-1。

在第三个动物模型中，研究人员向小鼠体内移植了包括T细胞在内的人类免疫细胞，然后进行HIV-1感染，最终构建出存在HIV-1潜伏感染的人性化小鼠。Dr.Hu表示，“这些动物携带有人类T细胞基因组中潜在HIV病毒DNA，病毒可以避免被检测到。”令人惊讶的是，在CRISPR/Cas9单次治疗后，移植到小鼠组织和器官中的潜伏感染的人类细胞中存在的病毒DNA片段被成功切割。

研究人员在三种动物模型中都使用了一种重组腺病毒相关病毒（rAAV）载体传递系统，该系统基于一种已知亚型AAV-DJ/8。Dr.Hu提到，“AAV-DJ/8亚型结合了多个血清型，为我们的CRISPR/Cas9系统传递提供了更大范围的细胞靶点。”研究人员还重新设计了他们之前的基因编辑方法啊，改良后的方法可以承载4个向导RNA，设计的这4个gRNA可以有效从宿主基因组中切割HIV-1 DNA，并且避免潜在的HIV-1突变逃脱。

为了判断这个方法是否成功，研究小组检测了HIV-1 RNA的含量并使用了一种设计巧妙的新型活体生物荧光成像系统。Dr. Khalili 表示：“这个成像系统是Dr. Won-Bin Young在匹兹堡大学期间开发的，能够精确定位HIV-1感染细胞在机体内的空间和时间位置，帮助我们实时检测HIV-1复制情况，在潜伏感染的细胞和组装中观察HIV-1储存库。”

这些结果使研究人员很兴奋，他们对接下来的计划非常乐观。Dr. Khalili 总结道：“接下来我们会在灵长类动物中重复这项研究，灵长类动物是更加合适的动物模型，因为HIV的感染会在其体内诱发疾病，接下来的这些研究是为了进一步证明在潜伏感染的T细胞和其他HIV-1隐藏位点（例如脑细胞）中HIV-1 DNA会被消除。我们最终的目标是在病人体内进行临床试验。”

参考文献：

In Vivo Excision of HIV-1 Provirus by saCas9 and Multiplex Single-Guide RNAs in Animal Models；DOI:10.1016/j.ymthe.2017.03.012