使用CRISPR-Cas系统进行基因组编辑是治疗遗传疾病的一个有前途的途径。然而，源于细菌的基因组编辑工具的细胞和体液免疫原性使其临床应用复杂化。
2025年1月2日，
麻省理工学院张锋团队
在
Nature Communications
上在线发表题为
“
Rational engineering of minimally immunogenic nucleases for gene therapy
”
的研究论文。
该
研究
报道了两种临床相关核酸酶SaCas9和AsCas12a的免疫原性降低(Red)(I)-变体。
研究人员通过MHC相关肽蛋白质组学(MAPPs)分析，确定了每种核酸酶上推定的免疫原性表位。使用计算建模，合理地设计这些蛋白质来逃避免疫反应。SaCas9和AsCas12a Redi变体基本上不被适应性免疫成分识别，包括降低对MHC分子的结合亲和力和减弱细胞毒性T细胞反应的产生，但仍保持野生型水平的活性和特异性。
用SaCas9.
Redi.1
体内编辑
PCSK9
在效率上与野生型SaCas9相当，但显著降低了不期望的免疫反应。这证明了这种方法在工程蛋白质中逃避免疫检测的效用。
首个基于CRISPR的基因组编辑疗法最近获得批准用于临床，目前还有更多疗法正在临床测试，以治疗各种遗传疾病，包括视网膜营养不良、血友病、溶酶体贮积症和某些类型的癌症。这些强大的疗法由Cas核酸酶和向导RNA (gRNA)组成，指导RNA指示要编辑的靶位点。迄今为止，大多数基于CRISPR的治疗依赖于三种Cas核酸酶中的一种:化脓性链球菌Cas9 (SpCas9)、金黄色葡萄球菌Cas9 (SaCas9)和酸氨球菌属Cas 12a(AsCas12a)。
在这三种中，SaCas9和AsCas12a是大多数体内治疗策略的焦点，因为它们的大小允许它们被包装到腺相关病毒(AAV)载体中，这是体内基因治疗的主要递送方式。
除了这些工具的有效递送之外，其体内使用的第二个挑战是其潜在的免疫原性，特别是由于其细菌来源，因为许多患者已经存在对微生物来源分子的暴露和免疫反应。据报道，80%的健康个体同时具有由抗体介导的体液免疫和由T细胞介导的针对来自金黄色葡萄球菌和化脓性链球菌的蛋白质的细胞免疫。
这种预先存在的免疫也延伸到Cas核酸酶:来自健康人供体的血液分析显示，78%的人已经转换到针对SaCas9的免疫球蛋白(IgG)抗体，58%的人具有针对SpCas9的抗体，并且所有针对Cas9的细胞免疫阳性的供体也具有抗体活性，这表明适应性免疫和体液免疫之间的高度一致性。
SaCas9和AsCas12a降低免疫原性(Redi)变体保留活性和特异性
（图源自
Nature Communications
）
为了应对这一挑战，研究人员对SaCas9和AsCas12a进行了分析，以确定推定的免疫原性表位，然后通过计算设计这两种核酸酶的变体，预测它们可以逃避免疫检测。
该研究通过实验验证了这些变体，表明它们在体外消除了CD8
+
T细胞反应性，同时保留了核酸酶活性和特异性的天然水平。
此外，在免疫活性MHC I/II类人源化小鼠模型中，证明了与野生型核酸酶相比，SaCas9变体有效地减少了体液和细胞免疫反应。
这些结果为工程治疗蛋白提供了一个框架，以降低免疫原性，并为开发更安全的基于CRISPR的疗法提供了一个起点。
https://www.nature.com/articles/s41467-024-55522-1
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