1月12日上海交通大学系统生物医学研究院蔡宇伽教授与复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭主任合作，在国际顶尖学术期刊《自然·生物技术》（Nature Biotechnology ）杂志上发布了一项题为：Targeting herpes simplex virus with CRISPR–Cas9 cures herpetic stromal keratitis in mice（使用CRISPR–Cas9靶向单纯疱疹病毒治愈小鼠疱疹性基质性角膜炎）的研究论文，并与12日上午召开相关成果新闻发布会。

       上海市科学技术委员会副主任朱启高、上海交通大学系统生物医学研究院院长韩泽广、复旦大学上海医学院党委书记袁正宏、复旦大学附属眼耳鼻喉科医院党委书记钱飚、复旦大学附属眼耳鼻喉科医院院长周行涛、复旦大学附属眼耳鼻喉科医院院长助理莫晓芬、复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科副主任徐建江以及论文通讯作者上海交通大学蔡宇伽教授和复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭主任出席本次新闻发布会。发布会共吸引人民日报、解放日报、文汇报、新华社、澎湃新闻、新闻晨报、新民晚报、东方网、科技日报、中国科学报、中新社、上海日报、上海科技报、央广网、新华社、上海广播电台、上海大众卫生报、健康报等18家新闻媒体参与。

       首先，由复旦大学附属眼耳鼻喉科医院周行涛院长、复旦大学上海医学院袁正宏书记、上海交通大学系统生物医学研究院韩泽广院长发言，领导们高度肯定了该技术的科研价值和临床应用潜力，为临床顽固性疱疹病毒性角膜炎的根治提出了新的可能性，为角膜盲患者带来新的福音。并同时表示，交大和复旦作为上海科技创新的排头兵，希望未来在更多领域展开更多的深度合作。

       随后，上海市科学技术委员会副主任朱启高发言，他表示习近平总书记考察上海时强调，要强化科技创新策源功能，努力实现科学新发现、技术新发明、产业新方向、发展新理念从无到有的跨越，成为科学规律的第一发现者、技术发明的第一创造者、创新产业的第一开拓者、创新理念的第一实践者，形成一批基础研究和应用基础研究的原创性成果，突破一批卡脖子的关键核心技术。此次，上海交通大学蔡宇伽教授和复旦大学洪佳旭主任的通力合作，发明了原创性基因治疗递送载体——类病毒体-mRNA，解决了基因编辑体细胞治疗的最大技术瓶颈-递送技术，并且在病毒性角膜炎的动物模型上首次实现了根源上的治疗，具有里程碑式的意义。今年十四五规划的开局之年，未来上海市科委将继续加大力度，支持生物技术与生物医药的发展。

       接下来，蔡宇伽教授详细介绍了此次发表成果的创新点，他强调这是我国首个基因治疗领域原创性载体VIP-mRNA的临床前研究，首个能在病毒性角膜炎动物模型上实现“治愈”的抗病毒新技术，首个能对潜伏HSV-1的三叉神经节病毒库进行清理的新疗法。

       最后蔡宇伽教授对媒体记者关注的该基因疗法的在人体内安全性，以及对于VLP-mRNA递送系统应用于其他感染性疾病治疗的可能性等问题进行了现场解答。

成果解析：

       单纯疱疹病毒（HSV）是疱疹病毒的典型代表，由于感染急性期发生水疱性皮炎即单纯疱疹而得名。根据抗原特性的差别，HSV分为HSV-1和HSV-2两种血清型。人是单纯疱疹病毒（HSV）的天然宿主。HSV在人群中感染极为普遍，其中I型单纯疱疹病毒（HSV-1），是全世界最常见的人类病毒之一，全世界50-90％的人口曾感染过该病毒。HSV病毒感染仍然是尚未被攻克的医学难题，至今，既无疫苗可用，也无药物可以根治。

       HSV-1的感染可引起多种疾病，包括单纯疱疹性脑炎，如果不及时治疗，死亡率很高。近年来，HSV-1感染也被认为是导致帕金森病和阿尔兹海默症的重要因素。眼角膜的HSV-1感染可引起疱疹性基质性角膜炎（HSK），这是感染性失明的首要原因。HSV-1感染角膜后，可在三叉神经节潜伏，形成病毒库。在全球范围内，估计每年有150万个角膜HSV复发案例，至少造成4万人失明。

       在临床上，存在不少病毒性角膜炎患者接受角膜移植恢复透明不久，HSV病毒颗粒再次从神经节释放导致角膜移植失败的案例。目前HSV-1感染导致的病毒性角膜炎的一线治疗药物是阿昔洛韦（ACV），然而，阿昔洛韦问世以来的长达半个世纪的时间内，仍然没有出现一种可以清除角膜和三叉神经节内病毒的医疗技术。因此，病毒性角膜炎至今都是无法根治的眼科疾病。因此，如何在保证安全的基础上，直接降解病毒的基因组，甚至从根源的三叉神经节内有效清除潜伏的HSV成为了一个新的研究方向。

       在一次学术活动上，基因编辑与病毒学背景的蔡宇伽教授与研究角膜病的临床医生洪佳旭经过交流后，决定联手去攻克病毒性角膜炎这个医学难题。该研究基于蔡宇伽团队前不久开发的我国原创性基因治疗递送技术——类病毒体-mRNA递送平台（VLP-mRNA）。使用该递送平台，研究团队进行了CRISPR体内基因编辑治疗病毒性角膜炎的临床前研究，有效抑制了HSV-1病毒复制，成功治愈了疱疹性角膜炎的模型小鼠，防止了病毒复发。

       研究团队将该技术命名为 HELP（HSV-1-Erasing Lentiviral Particles）。HELP技术突破了现有的阿昔洛韦等传统小分子药物的局限，可以直接清除体内潜伏的病毒，有望给病毒性角膜炎患者带来根本上的治愈。

       研究团队首先设计了两条靶向HSV-1生命周期中的关键基因的向导RNA（gRNA），以使Cas9可以在HSV-1基因组上直接剪切，造成其降解。为了使得基因编辑更为安全，研究人员使用了新型的基因编辑递送技术，即VLP-mRNA，来递送Cas9 mRNA。VLP-mRNA可以同时递送Cas9和gRNA，克服了长期以来AAV递送携带能力过小的问题，以及长时间表达Cas9的带来的安全风险。VLP-mRNA技术近日获得了国家专利授权，并成功实现了成果转化。该技术可以最大限度的减少CRISPR基因编辑的脱靶风险，是目前最先进的体内基因编辑递送技术，有望引领基因编辑的‘二次革命’。

图1：HELP的工作原理及其生产过程

       为了证明HELP的抗病毒效果，蔡宇伽和洪佳旭研究团队采用了预防型、治疗型和复发型三种不同的小鼠感染模型。研究人员发现，HELP在这三种不同的HSV感染模型上，均有效地阻止了HSV-1的复制，并防止了疱疹性基质性角膜炎的发生（图2）。

图2：HELP在病毒感染的治疗模型上的治疗效果展示

       研究人员发现了HELP可以从角膜逆行运输到三叉神经节，清除HSV-1病毒库的证据（图3）。作为对照，传统药物阿昔洛韦（ACV）尽管也可以抑制角膜内的病毒复制，却无法对三叉神经节内的病毒起到任何限制作用（图3）。

图3：HELP清除角膜内与三叉神经节内的疱疹病毒

       此外，研究者利用捐献者角膜也观察到HELP可以有效的清除人角膜内的HSV-1病毒。

       CRISPR基因编辑技术的诞生为许多疾病治疗带来了全新见解，但其潜在脱靶性在很大程度上限制了临床应用的进度，考虑到脱靶性可能带来的安全性问题，研究团队进行了全基因组测序，并未发现HELP引起脱靶现象。这可能跟HELP技术是以mRNA的形式完成Cas9的递送有关。基于mRNA递送的CRISPR，基因编辑酶Cas9在体内停留时间很短。因而，基因编辑是瞬时的，可最大限度的降低脱靶风险和减少免疫反应。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41587-020-00781-8

稿件来源：蔡宇伽课题组

图文编辑：王华瑶