2014年7月，中科院生物物理所劉光慧研究員研究組及其合作者分別在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞-干細(xì)胞》（Cell Stem Cell）和《自然-通訊》（Nature Communication）連續(xù)發(fā)表了兩篇重要研究論文，在確證現(xiàn)有基因組靶向編輯技術(shù)安全可靠性的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了新型高效的人類遺傳突變修復(fù)工具，并將其應(yīng)用于鐮刀形細(xì)胞貧血患者致病基因的靶向修復(fù)；同時利用人多能干細(xì)胞和基因組靶向編輯技術(shù)揭示了范可尼貧血的致病機(jī)理，首次提出多組織干細(xì)胞加速衰老或衰竭是其根本性病因，并基于此發(fā)展出相應(yīng)的干細(xì)胞、基因和藥物治療策略。

人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)（iPSC）的出現(xiàn)，促進(jìn)了人類基因組靶向矯正技術(shù)的快速發(fā)展，包括核酶介導(dǎo)的DNA同源重組技術(shù)（如ZFN、TALEN及CRISPR/CAS9等）和不依賴于核酶的大片段DNA同源重組技術(shù)（以第三代腺病毒載體HDAdV為代表）。經(jīng)遺傳修復(fù)的自體干細(xì)胞具有治療自身疾病的潛力，因此在個體化醫(yī)學(xué)和再生醫(yī)學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用前景。在Cell Stem Cell雜志發(fā)表的論文中，研究者首次綜合運(yùn)用HDAdV、TALEN和CRISPR 3種不同的方法，靶向矯正鐮刀形細(xì)胞貧血患者iPSC中發(fā)生的血紅蛋白基因（HBB）突變，發(fā)現(xiàn)這3種方法具有類似的打靶效率。同時，全基因組深度測序結(jié)果顯示，TALEN和HDAdV在基因矯正過程中最大限度地保持了患者基因組的完整性，提示了這些方法的安全可靠。隨后研究者整合TALEN和HDAdV作為基因組靶向修飾工具的獨(dú)特優(yōu)勢，創(chuàng)建了效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)技術(shù)的新型人類疾病基因原位修復(fù)載體telHDAdV，為開展基于干細(xì)胞的基因治療奠定了基礎(chǔ)，也使得再生醫(yī)學(xué)研究向前邁進(jìn)了一大步。該研究打消了干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域針對疾病基因靶向修復(fù)安全性的憂慮，同時，新型基因矯正載體的問世也將有助于加速干細(xì)胞臨床轉(zhuǎn)化的步伐。Cell Stem Cell雜志同期發(fā)表的了題為“What’s Changed with Genome Editing?”的Preview評論：“這些發(fā)現(xiàn)無疑會鼓舞將基因組靶向編輯技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用于疾病研究和臨床治療”。

另一方面，范可尼貧血屬于先天再生障礙性貧血，是一種嚴(yán)重的常染色體隱性遺傳疾病，尚無有效的藥物治療手段。在Nature Communication雜志發(fā)表的論文中，研究者成功突破技術(shù)瓶頸，首次利用體細(xì)胞重編程獲得患者體細(xì)胞來源的非基因組整合型iPSC，隨后利用HDAdV介導(dǎo)的基因組靶向編輯技術(shù)，在患者iPSC中原位矯正了致病基因，并證明了該技術(shù)體系的安全性。尤為重要的是，研究者首次在人組織干細(xì)胞水平闡釋了范可尼貧血的新型病因?qū)W基礎(chǔ)，即不僅歸因于造血干細(xì)胞的過早衰竭，還與骨髓造血微環(huán)境間充質(zhì)干細(xì)胞的加速衰老密切相關(guān)。在疾病治療方面，該研究利用干細(xì)胞疾病模型首次篩選得到了可抑制范可尼貧血患者造血干細(xì)胞過早衰竭的小分子化合物，為實(shí)現(xiàn)該病的藥物治療奠定了基礎(chǔ)。

上述兩項(xiàng)研究工作得到多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及“973”計(jì)劃資助。