通过造血干细胞基因编辑技术制造的B淋巴细胞蛋白质工厂

《SCIENCE》：B lymphocyte protein factories produced by hematopoietic stem cell gene editing

CRISPR-Cas9基因编辑的造血干细胞前体细胞分化为B细胞后，经抗原激活可长期高效产生抗体或蛋白，在小鼠中成功防控HIV-1、疟疾及广谱流感，少量细胞即可达治疗水平，并能组合不同抗体增强效果。

　　

编辑总结

工程化的B细胞具有在体内递送治疗性抗体或其他蛋白质的潜力。Hartweger等人修改了造血干细胞和前体细胞（HSPCs），使其携带编码特定抗体的基因（参见James和Zhang的观点文章）。当这些细胞被移植到小鼠体内后，会发育成能够对疫苗产生反应并产生治疗所需数量抗体的B细胞。这些B细胞经历了一些体细胞突变，这一过程使它们产生的抗体种类更加多样化。然而，通过移植两种分别携带不同抗体的HSPCs群体，可以实现广谱中和性抗体的递送。此外，HSPCs还可以被修改为同时产生荧光蛋白和抗体的细胞类型，这表明这种方法也可能用于递送其他类型的蛋白质治疗剂。——Sarah H. Ross

结构化摘要

引言

疫苗能够诱导特定抗体的长期表达，从而控制、消除或预防感染。然而，在某些情况下（如HIV、流感或疟疾），引发有效且持久的抗体反应仍然具有挑战性。尽管如此，某些个体能够产生广谱中和性抗体（bNAbs），这些抗体在被动给予他人时可以提供保护和治疗作用。虽然通过疫苗诱导bNAbs仍然是一个重要目标，但仍存在多个需要克服的障碍，包括难以触及的抗原表位、需要极高水平的体细胞突变、抗体介导的掩盖效应以及产生bNAbs所需的显著体细胞突变。

研究背景

罕见的造血干细胞（HSPCs）是所有血细胞的来源，包括B淋巴细胞。在接种疫苗后，大量多克隆B细胞中的少数抗原特异性B细胞会被选择并克隆扩增，随后分化为产生高水平持久血清抗体的浆细胞。为了研究这种自我放大系统是否可以用于生产具有明确功能的保护性或治疗性抗体或其他蛋白质，我们开发了一种方法来修饰能够产生B淋巴细胞的造血干细胞和前体细胞（HSPCs）。为了确定从这些前体细胞发育而来的B淋巴细胞是否可以被激活以产生高滴度的持久抗体，我们让它们接触了相应的抗原。

结果

利用CRISPR-Cas9技术可以编辑HSPCs的免疫球蛋白基因组，使其编码特定的抗体和其他蛋白质。当这些经过基因编辑的HSPCs被移植到小鼠体内后，它们会成熟为表达目标抗体和蛋白质的B淋巴细胞。通过免疫接种使小鼠接触相应抗原后，可以诱导出持久的、高血清滴度的目标抗体，而且通过加强免疫接种可以进一步提高抗体水平。只需非常少量的经过编辑的HSPCs（约7000个）就足以达到治疗所需的抗体水平。此外，多个经过编辑的HSPCs组合使用可以同时产生针对同一免疫原的不同抗体。所产生的抗体滴度足以中和HIV-1病毒、抑制恶性疟原虫在肝细胞中的传播，并保护小鼠免受异源致命性流感感染。最后，在免疫缺陷小鼠模型中，经过编辑的人类HSPCs能够产生表达特定抗体的人类B淋巴细胞。

结论

少量的经过编辑的HSPCs可以发育成B淋巴细胞，这些B淋巴细胞在抗原的作用下会克隆扩增，从而产生高滴度的持久保护性或治疗性抗体和/或其他蛋白质。随着递送技术和安全性的进一步发展，这一系统具有潜在的治疗前景。

在浏览器中打开

一种原型细胞疗法方法。

通过造血干细胞基因编辑实现抗体和额外蛋白质的长期表达，并通过免疫接种进行扩增，从而提供对致命病毒感染的广泛保护。AAV：腺相关病毒；HDR：同源定向修复；IgH：免疫球蛋白重链基因座。

摘要

长期在体内生产治疗性蛋白质以及开发能够诱导产生广谱中和性抗体（bNAbs）的疫苗面临诸多挑战。在这项研究中，我们介绍了一种替代的基因编辑方法，该方法利用少量的造血干细胞和前体细胞（HSPCs）来引导抗体或蛋白质的长期高表达。在小鼠实验中，从移植的HSPCs中衍生出的经过编辑的B淋巴细胞在接触相应抗原后被激活并克隆扩增，最终分化为能够合成特定抗体或蛋白质的浆细胞。这些细胞产生了针对HIV-1、疟疾或抗流感病毒的高滴度持久血清抗体，提供了对异源致命性感染的普遍保护。我们的数据为利用自我放大的B细胞工厂来预防或治疗疾病提供了新的细胞疗法范例。