Nature | 表位编辑破解造血干细胞移植预处理难题

撰文|木兰之枻

造血干细胞/祖细胞移植（haematopoietic stem/progenitor cell transplantation,HSPCT）是治疗血液系统恶性肿瘤、遗传性贫血及免疫缺陷等疾病的关键手段，也是开展多种基因治疗的重要基础。然而，在输注供体或经基因编辑的HSPC之前，患者通常需接受大剂量化疗或放疗进行预处理，以清除宿主造血细胞并释放骨髓生态位。此类预处理方案具有显著的基因毒性，常导致器官损伤、长期造血抑制、感染、出血、不育以及继发性肿瘤等严重并发症，长期以来极大限制了以造血干细胞移植为基础的疗法的临床应用与最终疗效【1】。针对HSPC表面受体KIT（又称CD117）的单克隆抗体为替代化疗和放疗提供了新的思路【2】。KIT及其配体SCF对HSPC的存活和维持至关重要，阻断SCF-KIT信号可以清除宿主造血干细胞、释放骨髓生态位。然而，KIT抗体不仅会攻击宿主HSPC，也会继续清除输入的供体或基因编辑HSPC。由于抗体半衰期较长，临床上往往需要等待抗体浓度下降后才能移植，很容易错过最佳时间窗口。因此，如何让抗体只清除宿主细胞而避免误伤治疗性HSPC，成为KIT抗体预处理实现安全有效HSPCT的关键难题。

近日，来自美国波士顿儿童医院Pietro Genovese团队在Nature发表题为Non-genotoxic transplantation and in vivo selection through epitope editing的论文。文章发现，利用碱基编辑或先导编辑技术引入 KIT特定点突变，可精准破坏 KIT 的抗体结合表位，而不影响其正常的造血信号传导。在此基础上，研究者将KIT表位编辑与BCL11A红系增强子编辑组合，在避免KIT单抗对供体治疗性细胞清除的同时可有效富集高表达胎儿血红蛋白（HbF）的治疗性细胞。这一创新策略为实现“宿主清除、供体保护与治疗性富集”三位一体的 HSPC 移植新模式提供了重要的支持和保障。

研究者前期发现，利用碱基编辑器（SpRY-ABE8e）在人原代CD34+ HSPC中引入KIT H378R突变，可有效破坏KIT单抗Fab-79D的识别与结合，且不影响KIT表达、SCF信号传导及造血重建与分化能力；这一表位编辑（epitope editing）策略为HSPC移植提供了全新思路【3】。为同步实现镰状细胞病（SCD）和地中海贫血的自体HSPC移植治疗，研究者利用SpRY-ABE8e成功实现了KIT H378R突变与BCL11A增强子+58及+55位点的三重碱基编辑，从而诱导胎儿血红蛋白（HbF）的表达。研究指出，该三重编辑能产生较高比例的双等位基因编辑：单细胞分析显示，KIT H378R、BCL11A+58和BCL11A+55的双等位编辑比例分别约为78%、62%和68%。相比单一位点编辑，BCL11A双位点编辑可诱导更高水平的HbF表达。此外，Fab-79D单抗处理可显著抑制未编辑细胞的生长，但对含有KIT H378R突变的细胞影响甚微；研究进一步表明，Fab-79D抗体处理不仅能富集KIT H378R细胞，还可同步提高BCL11A+58和BCL11A+55的编辑细胞比例。

随后，研究者在NBSGW人源化小鼠模型中对HSPC移植效果进行了体内验证。结果显示，在KIT单抗处理组中，三重编辑细胞在移植细胞中的比例从对照组（未处理组）的约21.4%显著提升至71.5%。研究还发现，延长抗体的暴露时间比短期密集给药具有更优的体内选择效果。此外，条形码克隆追踪技术证实，三重编辑细胞的富集主要源于未编辑细胞的靶向清除，而非由于个别突变克隆获得了异常的增殖优势。更重要的是，表位编辑打破了传统单抗药代动力学的限制，允许供体HSPC在抗体尚未完全洗脱时即可完成移植。

为进一步提高宿主体内原有HSPC的清除效率并增强方案的临床可转化性，研究团队采用了一种更高亲和力的KIT单抗SR-1进行探索（其对HSPC的抑制能力较Fab-79D高十倍以上，且其人源化版本briquilimab已进入临床试验阶段）。通过前期突变筛选，研究者发现KIT的D121L和S123P突变能够显著降低SR-1的结合与识别能力，同时保留关键生物学功能。由于D121L突变几乎完全消除了SR-1抗体的识别和结合，但难以通过现有的碱基编辑工具诱导，研究者因此探索了利用先导编辑PE实现多重编辑的可行性。研究发现，使用优化后的PE3编辑器，可实现最高约55%的KIT D121L和75%的BCL11A+58编辑效率。在SR-1抗体处理下，携带野生型KIT和单等位基因编辑的细胞被有效清除，最终特异性富集出KIT D121L双等位编辑且BCL11A位点发生编辑的细胞，并成功诱导了HbF的表达。

不过值得注意的是，多重编辑在基因组层面仍存在一定的安全风险。例如，基于PE3的多重编辑会导致KIT位点的插入缺失突变（Indel）频率达到约4.1%，而在BCL11A+58位点的Indel频率更是高达44.8%。此外，基于SpRY-ABE8e的编辑方案在部分BCL11A候选位点也出现了脱靶编辑。此外，研究还在2/3名接受PE3多重编辑的供者细胞样本中检测到了靶点间染色体易位的证据。因此，在未来的临床转化过程中，仍需对编辑器与向导RNA组合进行持续优化，以进一步提升多重编辑的安全性。

最后，研究者基于KIT D121L与BCL11A的多重编辑细胞开展了体内验证。结果发现，在接受SR-1抗体高剂量处理的条件下，最终能够在二次移植中实现长期造血重建的细胞，几乎全部是KIT D121L双等位基因编辑的HSC。为进一步贴近临床，研究者还将镰状细胞病患者来源的CD34+ HSPC编辑细胞与未编辑细胞混合，随后采用不同抗体进行体外选择与验证。结果显示，Fab-79D选择使携带KIT H378R、BCL11A+58和BCL11A+55三重碱基编辑的细胞比例由约22.0%提高至84.5%；而SR-1处理则使携带KIT D121L与BCL11A+58双重编辑的细胞比例由4.4%提升至60.8%。经抗体富集后的细胞中，HbF表达量得到明显增加，且致病性HbS随之降低，表明该新策略不仅有效提高了治疗性细胞的比例，更显著增强了疾病相关的表型改善。

总体而言，本研究通过对供体HSPC的KIT抗体表位进行精准的碱基或先导编辑，成功将KIT单抗免疫预处理从“同时清除宿主与供体细胞”的双刃剑，转化为可“靶向清除宿主、免疫保护供体，并在体内持续富集治疗性编辑细胞”的全新高效安全的移植系统。这一创新策略为实现“无化疗、无放疗”的下一代造血干细胞移植提供了坚实的理论基础与全新思路，在经过未来进一步优化后，有望为HSPC基因治疗带来重大临床突破。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10737-8

制版人： 十一

参考文献

1. Gyurkocza, B. & Sandmaier, B. M. Conditioning regimens for hematopoietic cell transplantation: one size does not fit all.Blood124, 344-353 (2014).

2.Czechowicz, A., Kraft, D., Weissman, I. L. & Bhattacharya, D. Efficient transplantation via antibody-based clearance of hematopoietic stem cell niches.Science318, 1296-1299 (2007).

3. Casirati, G. et al. Epitope editing enables targeted immunotherapies for acute myeloid leukemia.Nature621, 404–414 (2023).

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