Antiviral Research | 夏宇尘课题组开发新型CRISPR/Cas9 mRNA脂质纳米颗粒治疗乙型肝炎

近日，病毒学国家重点实验室夏宇尘教授与武汉大学医学研究院殷昊教授、昆明动物所林江维研究员合作在国际学术期刊Antiviral Research在线发表题为“Codelivery of Cas9 mRNA and guide RNAs edits hepatitis B virus episomal and integration DNA in mouse and tree shrew models”的研究论文。该研究利用脂质纳米颗粒（SM-102-based LNPs）递送Cas9 mRNA和gRNA完成基因编辑。在AAV HBV1.04小鼠、HBV转基因小鼠和HBV感染树鼩体内，该mRNA脂质纳米颗粒可以安全有效地编辑乙肝病毒（HBV）微染色体cccDNA和整合的HBV基因组，为CRISPR/Cas9系统开展乙型肝炎的基因治疗提供理论依据和技术支持。

全世界有2.96亿慢性HBV感染患者，给全球公共卫生安全造成了巨大的负担。目前的治疗手段可以在一定程度上控制HBV复制并减缓疾病进展，但很难实现慢性乙肝的完全治愈，主要原因在于病毒感染细胞后形成的微染色体cccDNA作为HBV复制的模板无法被清除。此外，整合到宿主基因组中的HBV DNA可以作为病毒表面抗原表达的来源，并且与肝癌的发生相关。

CRISPR/Cas9系统可以对靶基因特定位点的DNA进行编辑，具有简单、快捷、高效的优点，为诸多难治性病毒感染、血液病以及遗传病等疾病的治疗带来了曙光。但CRISPR/Cas9的分子量大，将其安全、高效的递送至体内靶器官具有一定的挑战性。尽管前期研究评估了基因编辑方法靶向HBV基因组的潜力，但并未在HBV感染的动物模型或免疫健全的cccDNA动物模型上系统的评估。本研究团队根据HBV A-D基因型中的21种亚基因型的保守区设计了72条gRNA，并于不同的细胞模型中筛选出含有两条gRNA的高效组合。利用mRNA-1273新冠肺炎疫苗中的可电离递送成分SM-102制备脂质纳米颗粒，发现SM-102-based LNPs可特异性的靶向肝实质细胞，且体内递送效率接近100 %。

夏宇尘课题组前期建立了基于复制缺陷型AAV-HBV新型HBV cccDNA小鼠模型（Xu et al. CMGH, 2022），本研究将包封Cas9 mRNA和gRNA组合的SM-102-based LNPs通过尾静脉递送至小鼠体内，发现小鼠血清中HBeAg和HBsAg的表达水平明显降低，肝脏中cccDNA的水平也明显降低，而血清中ALT、AST水平和肝脏组织形态未受影响。树鼩在系统进化上与灵长类动物密切相关，体型较小，在实验中支持HBV的感染。研究人员在树鼩中建立HBV感染后，注射SM-102-based LNPs可以有效抑制树鼩血清中和肝脏中HBV复制的各项指标，cccDNA经治疗后也显著降低。且树鼩肝脏中未检测到脱靶的发生。为了研究对整合HBV DNA的编辑，研究人员利用了整合1.28倍A基因型HBV基因组的转基因小鼠。纳米颗粒的治疗可显著抑制HBV复制指标。深度测序结果表明LNPs对整合的HBV DNA的编辑效率高达98%。有趣的是，在多个动物模型中，LNPs的治疗在抑制病毒复制的同时能有效回复肝脏中SMC5/6复合体的表达，进一步限制了病毒复制并提高了宿主基因组稳定性。值得注意的是，LNPs对cccDNA的编辑效率低于整合HBV DNA，提示cccDNA的开放状态以及感染细胞中cccDNA的多拷贝会影响治疗效果。

综上所述，该研究发现CRISPR/Cas9 mRNA递送系统可以在不影响宿主基因组的情况下、有效地编辑HBV cccDNA和整合的HBV基因组。该研究为高效、安全的将CRISPR/Cas9基因编辑技术应用于临床HBV感染的治疗提供了重要依据。

示意图：表达IpaH9.8的溶瘤疱疹病毒可以有效降解限制因子GBP1，促进病毒复制，提高溶瘤免疫治疗效果

该研究该工作得到国家重点研发计划（2019YFA0802801、2018YFA0801401）、国家自然科学基金（81971936、31871345、32071442）、湖北省医学青年拔尖人才、湖北省创新研究群体（2020CFA015），中央高校基本科研业务费专项资金等项目资助。武汉大学基础医学院博士生易君祝、硕士生郭方腾和武汉大学医学研究院博士生雷薪霖、陈秋冰为该论文共同第一作者，殷昊教授、林江维研究员为共通讯作者，夏宇尘教授为最后通讯作者。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166354223000967

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本期编辑：小黄