責編 | 酶美
單純皰疹病毒（HSV）是皰疹病毒的典型代表，由於感染急性期發生水皰性皮炎即單純皰疹而得名。根據抗原特性的差別，HSV分為HSV-1和HSV-2兩種血清型。人是單純皰疹病毒（HSV）的天然宿主。HSV在人群中感染極為普遍，其中I型單純皰疹病毒（HSV-1），是全世界最常見的人類病毒之一，全世界50-90％的人口曾感染過該病毒。HSV病毒感染仍然是尚未被攻克的醫學難題，至今，既無疫苗可用，也無藥物可以根治。
HSV-1的感染可引起多種疾病，包括單純皰疹性腦炎，如果不及時治療，死亡率很高。近年來，HSV-1感染也被認為是導致帕金森病和阿爾茲海默症的重要因素。眼角膜的HSV-1感染可引起皰疹性基質性角膜炎（HSK），這是感染性失明的首要原因。HSV-1感染角膜後，可在三叉神經節潛伏，形成病毒庫。在全球範圍內，估計每年有150萬個角膜HSV復發案例，至少造成4萬人失明。在臨床上，存在不少病毒性角膜炎患者接受角膜移植恢復透明不久，HSV病毒顆粒再次從神經節釋放導致角膜移植失敗的案例。
目前HSV-1感染導致的病毒性角膜炎的一線治療藥物是阿昔洛韋（ACV），然而，阿昔洛韋問世以來的長達半個世紀的時間內，仍然沒有出現一種可以清除角膜和三叉神經節內病毒的醫療技術。因此，病毒性角膜炎至今都是無法根治的眼科疾病。因此，如何在保證安全的基礎上，直接降解病毒的基因組，甚至從根源的三叉神經節內有效清除潛伏的HSV成為了一個新的研究方向。
在一次哈佛-波士頓學者的學術活動上，基因編輯與病毒學背景的蔡宇伽教授遇見了研究角膜病的臨床醫生洪佳旭。雙方經過交流後，發現兩人不謀而合都在進行病毒性角膜炎的基因編輯治療探索。彼時，蔡宇伽正為臨床樣品發愁，且對於該技術將來能否應用到臨床並不確信、對於臨床上如何給藥也沒有答案；而洪佳旭則苦惱沒有合適的基因編輯遞送系統，所使用的AAV在動物上沒有實現治療效果。雙方起初有些擔心競爭，但各自回去思考之後，很快決定聯手去攻克病毒性角膜炎這個醫學難題。
2021年1月11日，上海交通大學系統生物醫學研究院蔡宇伽教授和復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院洪佳旭主任合作，在Nature Biotechnology 雜誌上發布了一項題為：Targeting herpes simplex virus with CRISPR–Cas9 cures herpetic stromal keratitis in mice的研究論文，報導了聯合團隊使用新型遞送技術利用CRISPR–Cas9靶向單純皰疹病毒治癒小鼠皰疹性基質性角膜炎的研究。
該研究基於蔡宇伽團隊前不久開發的我國原創性基因治療遞送技術——類病毒體-mRNA遞送平臺（蔡宇伽團隊發明一種介於病毒載體與非病毒載體之間的類病毒體遞送技術）（VLP-mRNA）。VLP-mRNA技術近日獲得了國家專利授權，並成功實現了成果轉化。使用該遞送平臺，研究團隊進行了CRISPR體內基因編輯治療病毒性角膜炎的臨床前研究，有效抑制了HSV-1病毒複製，成功治癒了皰疹性角膜炎的模型小鼠，防止了病毒復發。研究團隊將該技術命名為 HELP（HSV-1-Erasing Lentiviral Particles）。HELP技術突破了現有的阿昔洛韋等傳統小分子藥物的局限，可以直接清除體內潛伏的病毒，有望給病毒性角膜炎患者帶來根本上的治癒。
研究團隊首先設計了兩條靶向HSV-1生命周期中的關鍵基因的嚮導RNA（gRNA），以使Cas9可以在HSV-1基因組上直接剪切，造成其降解。為了使得基因編輯更為安全，研究人員使用了新型的基因編輯遞送技術，即VLP-mRNA，來遞送Cas9 mRNA。VLP-mRNA可以同時遞送Cas9和gRNA，克服了長期以來AAV遞送攜帶能力過小的問題，以及長時間表達Cas9的帶來的安全風險。該技術可以最大限度地減少CRISPR基因編輯的脫靶風險，是目前較為先進的體內基因編輯遞送技術，有望引領基因編輯的臨床應用。
為了證明HELP的抗病毒效果，蔡宇伽和洪佳旭研究團隊採用了預防型、治療型和復髮型三種不同的小鼠感染模型。研究人員發現，HELP在這三種不同的HSV感染模型上，均有效地阻止了HSV-1的複製，並防止了皰疹性基質性角膜炎的發生（圖2）。
令人興奮的是，研究人員發現了HELP可以從角膜逆行運輸到三叉神經節，清除HSV-1病毒庫的證據（圖3）。作為對照，傳統藥物阿昔洛韋（ACV）儘管也可以抑制角膜內的病毒複製，卻無法對三叉神經節內的病毒起到任何限制作用（圖3）。此外，研究者利用捐獻者角膜也觀察到HELP可以有效的清除人角膜內的HSV-1病毒。
CRISPR基因編輯技術的誕生為許多疾病治療帶來了全新見解，但其潛在脫靶性在很大程度上限制了臨床應用的進度，考慮到脫靶性可能帶來的安全性問題，研究團隊進行了全基因組測序，並未發現HELP引起脫靶現象。這可能跟HELP技術是以mRNA的形式完成Cas9的遞送有關。基於mRNA遞送的CRISPR，基因編輯酶Cas9在體內停留時間很短。因而，基因編輯是瞬時的，可最大限度地降低脫靶風險和減少免疫反應。
據悉，審稿專家認為該工作的結果通過多種技術手段相互印證，罕見地表達出高度讚賞：the quality of the data is near exceptional；make an excellent contribution to the field。
復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院的洪佳旭主任在倫理委員會的論證及許可下，目前正在主持開展HELP技術應用於難治性病毒性角膜炎的臨床研究。
總的來說，本研究有力地支持了HELP作為一種全新的抗病毒療法的臨床潛力，為難治性病毒性角膜炎患者帶來光明的希望。
上海交通大學系統生物醫學研究院博士生尹笛、凌思凱為該論文的共同第一作者，上海交通大學系統生物醫學研究院蔡宇伽教授和復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院洪佳旭主任為共同通訊作者，復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院、上海交通大學附屬瑞金醫院、丹麥奧胡斯大學的科學家參與了本研究，並做出了重要貢獻。
中華醫學會眼科分會角膜病學組組長、山東省眼科醫院院長史偉雲教授的評價：「長期以來，反覆發作的病毒性角膜炎是臨床治療的難點。現有抗病毒與抗炎治療並不能從根本上解決病毒潛伏於三叉神經元的問題。上海交通大學蔡宇伽教授和復旦大學洪佳旭主任在國際頂尖期刊Nature Biotechnology發表的原創型的基因編輯治療技術為病毒性角膜炎的根治提供了新的解決思路，值得期待。」
中山大學中山眼科中心副主任袁進教授認為：「將基因編輯運用於單皰病毒性角膜炎的治療無疑是0到1的創新突破。該研究證實在單皰病毒性角膜炎動物模型上通過基因編輯可抑制HSV病毒的轉運和複製，有希望成為一種病毒性角膜炎的全新療法，解決病毒性角膜炎復發這一臨床難題。」
阿斯利康（瑞典）基因治療項目高級科學家李松沅博士認為「革命性的基因編輯技術帶來了從根本（DNA）層面上解決疾病成因的可能性。隨著基因編輯工具的不斷發展成熟，如何將這些工具更好地遞送進入病灶內，並降低這些工具在細胞中產生的長期風險，成為了基因治療領域日益突顯的新挑戰。蔡宇伽教授開發的VLP-mRNA遞送平臺，創性地將類病毒顆粒(VLP)和基因編輯工具的遞送結合起來，在病毒性角膜炎的動物模型中實現了有效且安全的基因編輯。VLP-mRNA的出現解決了傳統的AAV遞送平臺存在的包裝尺寸限制問題，且將基因編輯工具的表達載體由長期存在的DNA替換成了瞬時表達mRNA，極大地提高了使用基因編輯工具的靈活性和安全性。」
原文連結：
https://doi.org/10.1038/s41587-020-00781-8