כוחות-על?

הנדסה גנטית בתאי מערכת החיסון של נשאי HIV עשויה להגן מהנגיף

נעם לויתן ויונת אשחר | גליליאו

נגיפי HIV (מסומנים בירוק) יוצאים מתא דם לבן. צילום: Cynthia Goldsmith, CDC.

לאקס-מן ולמוטנטים אחרים בקומיקס של חברת מארוול יש כוחות-על שנובעים משינוי בחומר הגנטי שלהם. כוח אחד שאותו חולקים כל המוטנטים הוא עמידות לנגיף ה-HIV. גם בקרבנו, בעולם האמיתי, מסתובבים מוטנטים שעמידים בפני הנגיף.

נגיף ה-HIV, השייך למשפחת הרֶטרוֹ-וירוסים, תוקף את תאי הדם הלבנים – תאי מערכת החיסון. רטרו-וירוסים הם נגיפים שהחומר התורשתי שלהם הוא RNA. לאחר הדבקת התאים אנזים מיוחד, הקרוי reverse transcriptase, יוצר עותק DNA של הגנום הנגיפי. האנזים עושה טעויות אקראיות בעת פעולתו, ולכן תדירות המוטציות – שגיאות בעותק ה-DNA – גבוהה בקרב רטרו-וירוסים ומאפשרת אבולוציה מהירה שלהם. המוטציות מגדילות את השונות של הנגיפים וגורמות להופעת זני נגיף חדשים שמתגברים בקלות רבה יותר על מערכת החיסון ועל תרופות המנסות לעצור אותם.

עותק ה-DNA משתלב בגנום התא המאכסן באמצעות אנזים נגיפי אחר, ועל פיו מיוצרים חלבונים והעתקי RNA המרכיבים יחדיו נגיפים חדשים. נגיפים אלו יוצאים מהתא המאכסן, תוך גרימת נזק המוביל במוקדם או במאוחר למות התא, מדביקים תאים אחרים ובסוף גורמים גם למותם של אלה. במקרה של HIV המותקפים העיקריים הם תאי T מסייעים (תאי T עזר), הקרויים גם תאי CD4⁺, על שם קולטן הנמצא על פני שטח התאים. אלה תאים בעלי תפקיד מרכזי במערכת החיסון, האחראים על הפעלתם של תאי מערכת החיסון האחרים ועל התיאום ביניהם, בדומה למפקדים בצבא. ללא טיפול תרופתי יעיל, הנגיף גורם בסופו של דבר להשמדתם של רוב תאי ה-T המסייעים, לקריסתה של מערכת החיסון ולהופעת תסמונת הכשל החיסוני הנרכש (AIDS, איידס) החושפת את הגוף למחלות זיהומיות שונות ולגידולים סרטניים.

כמו כל הנגיפים, HIV הוא טפיל שחייב לחדור לתאים כדי להשתלט על המערכות שלהם ולהתרבות. כש-HIV מהזן הנפוץ ביותר מדביק תא T מסייע הוא מסתייע במספר מולקולות, קולטנים, הנמצאות על פני התא כדי לחדור אליו. אחד הקולטנים הוא CD4, שכבר הוזכר, והשני הוא חלבון הקרוי CCR5.

מחזור החיים של נגיף ה-HIV. איור: NIAID. תרגום: נעם לויתן, CC-BY-NC.

לאנשים מסוימים חסרים 32 נוקלאוטידים ("אותיות" ה-DNA) ברצף של הגן המקודד ל-CCR5, מוטציה שגורמת לכך שהחלבון לא יופיע על גבי התאים ולכן מקנה עמידות בפני HIV, אם כי ייתכן שהיא גורמת לרגישות יתר לנגיף קדחת הנילוס המערבי. כאחוז אחד מבני האדם ממוצא אירופי (כולל יהודים אשכנזים) הם בני מזל שירשו מאביהם ומאימם שני עותקים של הצורה (האלל) המוטנטית של הגן, הקרויה CCR5-דלתא-32, ולכן הקולטן כלל לא מופיע על פני התאים שלהם. מוטנטים כאלו עמידים ביותר ל-HIV וסיכוייהם להידבק בזן הנפוץ של הנגיף אפסיים. כמו כן, כ-1 מכל 10 אנשים שמוצאם אירופי ירשו רק עותק אחד של האלל המוטנטי מאחד מהוריהם. לתאים של אנשים כאלו יש קולטן CCR5, אבל כמותו כמחצית משל אנשים "רגילים". לכן, הם אמנם אינם מוגנים מהידבקות בנגיף, אך סיכויי ההידבקות שלהם נמוכים, ואם הם נדבקים הנגיף מתפתח בגופם בקצב אטי. האלל המוטנטי כמעט אינו קיים בבני אדם שאינם ממוצא אירופי.

אפשר לדמות את הקולטן CCR5 למפתח שנגיף ה-HIV צריך למצוא כדי להצליח לחדור לתא. באדם רגיל, שלו שני עותקים תקינים של הגן, מפוזרים הרבה מפתחות כאלו, ולכן הנגיף יכול למצוא אותם בקלות ולחדור אל התא. באדם שאחד העותקים של הגן שלו תקין והשני מוטנטי יש פחות מפתחות ולכן הסיכוי של הנגיף למצוא אותם ולהצליח לתקוף את התא קטן. ובמוטנט עמיד, שיש לו שני עותקים מוטנטיים של הגן, אין כלל מפתחות, ולכן אין לנגיף דרך לחדור אל תאי ה-T המסייעים שלו.

אך כיצד המוטנטים בני המזל יכולים לסייע לכ-35 מיליון האנשים החיים כיום עם HIV או איידס ושנולדו ללא המוטציה?

עיכוב חדירה: תרופות חוסמות והמטופל מברלין

גילוי המוטנטים העמידים הוביל לפיתוח תרופות מסוג "מעכבי חדירה" כטיפול – חומרים שחוסמים את מולקולות ה-CCR5 על פני שטח התאים וכך מונעים את חדירתם לתאים של נגיפי ה-HIV מהזן הנפוץ ביותר. אך טיפול זה אינו מושלם, מאחר שחסימה אינה זהה לחוסר מוחלט של הקולטן. כמעט בלתי אפשרי לחסום את כל הקולטנים בעזרת תרופות, וכן האבולוציה המהירה של HIV עלולה להוביל להופעת נגיפים בעלי עמידות לתרופה. נוסף על כך יש זנים של הנגיף שלא זקוקים לקולטן זה כדי להדביק. עם זאת הטיפול עדיין מעכב את התפתחות המחלה, בייחוד בשילוב עם תרופות אחרות.

כמו כן, אדם בודד – טימותי ריי בראון (Ray Brown), הידוע בכינוי "המטופל מברלין" – נרפא מ-HIV בזכות תרומת מח עצם ממוטנט עמיד. בראון, נשא HIV שטופל בתרופות מאז 1995, חלה בלוקמיה – סרטן דם – בשנת 2006 ומאחר שהטיפול הכימותרפי במחלה לא עזר הסיכוי האחרון שלו להבריא היה השתלת מח עצם. בתהליך ההשתלה משמידים את מח העצם של מקבל השתל ומחליפים אותו בזה של התורם. אם מח העצם החדש נקלט הוא בונה מחדש את מערכת החיסון ותאי הדם האחרים של התורם בגוף המקבל. למזלו של בראון, הרופא הגרמני שטיפל בו, גרו הוטר (Hütter), חיפש ומצא תורם לא סביר בעליל – מוטנט עמיד ל-HIV שמח העצם שלו מתאים לבראון, כדי להקטין סיכוי דחייה. כתוצאה מההשתלה בראון הבריא מהלוקמיה ואף קיבל מערכת חיסון חדשה שעמידה בפני הנגיף. הוא הפסיק לקחת את התרופות לטיפול בנגיף, ולמרות זאת, מאז ההשתלה ועד היום, לא ניתן למצוא סימנים ל-HIV בדמו וכן לא ברקמות גופו שנבדקו (כבד, חלחולת ומוח).

הצלחת הטיפול בטימותי בראון הראתה כי אפשר לרפא למעשה HIV אבל, הריפוי של טימותי בראון הוא מקרה מיוחד. כמעט שאין סיכוי למצוא תורם מתאים שהוא גם מוטנט, ההשתלה עצמה יקרה מאוד ועולה כ-250,000 דולר, יש בה סיכון משמעותי למות המושתלים, ומאחר שמקור מח העצם בתורם זר יש צורך בלקיחת תרופות נוגדות דחייה למשך כל החיים כדי למנוע תגובה של השתל נגד המקבל (GVHD). כדי להשתמש במוטציה לטיפול ב-HIV צריך לפתח שיטה חדשה ליצור מוטציות כאלו בתאי הנשאים, ללא צורך בתורם זר ובתהליך השתלה מסוכן.

במאמר שפורסם ב-New England Journal of Medicine מתארים ברוס לוין (Levine) וקארל ג'ון (June) מאוניברסיטת פנסילבניה ועמיתיהם יישום ראשון של שיטה כזו בבני אדם.

הנדסה גנטית להקניית עמידות

החוקרים גייסו, לניסוי קליני ראשוני, קבוצה קטנה של 12 נשאי HIV – עשרה גברים ושתי נשים. הם הפיקו תאי T מסייעים מכל אחד מהנשאים, גידלו את התאים בתרבית עד שקיבלו 10 מיליארד תאים ואז הינדסו אותם גנטית, בשיטה הקרויה עריכת גנים, כדי לשתק את הגן המקודד ל-CCR5.

ההנדסה הגנטית של התאים נעשתה באמצעות אנזים סינתטי מיוחד (Zinc-finger nuclease) שמורכב ממבני חלבון, המכונים "אצבעות אבץ", הנקשרים לרצף מסוים של נוקלאוטידים ב-DNA ומאנזים חותך DNA הקרוי נוקלאז. האנזים הסינתטי פועל כ"מספריים גנטיים" – אצבעות האבץ שלו תוכננו כך שהוא נצמד לרצף הנוקליאוטידים הרצוי, במקרה זה חלק מהגן המקודד ל-CCR5, ואז חותך אותו ורק אותו. לאחר החיתוך מנגנון התיקון הטבעי של ה-DNA בתא נכנס לפעולה ומאחה את ה-DNA הקטוע, כך שמתקבל DNA שלם אך ללא עותק תקין של CCR5.

כדי שהאנזים הסינתטי יוכל לפעול הוא צריך להגיע לתוך התאים המיועדים לעריכה. החוקרים החדירו לתאים שהם גידלו בתרבית את האנזים הסינתטי באמצעות נגיף. נגיפים הם מומחים בהחדרת חומר גנטי לתוך תאים ואפשר לשנות את הרצף הגנטי שלהם ולהחליפו ברצף אחר בקלות יחסית. לוין, ג'ון ועמיתיהם השתמשו בנגיפים ממשפחת האדֶנוֹ-וירוסים שהונדסו כך שלא יהיו פעילים כנגיף ולא יוכלו להתרבות אלא רק יחדירו לתאים, במקום גנים נגיפיים, גנים המתבטאים לזמן קצוב ומקודדים לאנזים הסינתטי. ניסויים קודמים, בעכברים שהונדסו גנטית כך שיוכלו להידבק ב-HIV, הראו כי תאים שהונדסו בשיטה זו והוזרקו לעכברים הגנו עליהם מהנגיף.

הוצאת תאי T מסייעים מהונדסים גנטית מהאחסון לבדיקות אחרונות לפני עירוי. צילום: Penn Medicine.

החוקרים החזירו את התאים, שרק 20% מהם שונו בהצלחה, לכל אחד מהנשאים באמצעות עירוי. העירוי גרם לעלייה כללית במספר תאי ה-T המסייעים של המטופלים, מספר שירד במשך הזמן – אם כי תאים מהונדסים נמצאו בדם הנשאים גם כמה שנים לאחר הטיפול. לאחר העירוי לוין, ג'ון ועמיתיהם הפסיקו – בפיקוח רפואי הדוק – את הטיפול התרופתי של שישה מהנבדקים למשך שלושה חודשים. כצפוי, עם הפסקת הטיפול התרופתי, מספר הנגיפים בדם הנשאים (העומס הנגיפי) זינק, אך מספרם שב וירד עם התרבות והתפשטות התאים המהונדסים. זאת ועוד, נראה כי הנגיף עצמו עזר בהתפשטות התאים העמידים – כמות גדולה של תאים רגילים הושמדו על ידי הנגיף בזמן התרבותו, אך התאים העמידים כמעט ולא הושפעו והמשיכו להגן על המטופלים.

אצל אחד הנבדקים מספר הנגיפים ירד כל כך, עד שלא ניתן היה לזהות אותם בגופו. החוקרים בדקו וגילו כי הוא נושא באופן טבעי עותק אחד של הגן המוטנטי, כך שהוא התחיל את הניסוי עם יתרון על פני הנבדקים האחרים.

על אף הזינוק בעומס הנגיפי – כלומר במספר הנגיפים החדשים – בששת הנבדקים עם הפסקת הטיפול התרופתי, בחמישה מתוכם לא נצפתה עליה במספר התאים הנושאים את הנגיף, דהיינו במספר התאים ש-DNA נגיפי משולב בגנום שלהם. פירוש הדבר שלפחות חלק מתאי ה-T המסייעים היו מוגנים מהנגיף או לא הודבקו בו. אפילו בנבדק השישי, שנראה כי מספר התאים הנושאים את הנגיף כן עלה בגופו כשהטיפול הופסק, נשמרה רמה סבירה של תאי T מסייעים.

ממצאי הניסוי הקטן מעודדים. החוקרים הראו כי עירוי של תאים שהונדסו להיות עמידים ל-HIV בטוח לשימוש בבני אדם. הנבדקים סבלו מתופעות לוואי חולפות קלות שקשורות לעירוי, ורק אחד מהם נזקק לטיפול קצר בחדר מיון בעקבות חום, צמרמורות וכאבי מפרקים.

הטיפול הנוכחי נגד הנגיף, ה"קוקטייל" התרופתי לנשאי HIV, מצליח להאריך את חיי הנשאים כמעט לתוחלת החיים של כלל האוכלוסייה ולעכב או למנוע את התפתחות מחלת האיידס. מאחר שאין טיפול שמסוגל לסלק את הנגיף נשאי HIV חייבים לקחת תרופות כל חייהם, כל יום, דבר העלול לגרום לתופעות לוואי כגון סוכרת, בעיות בכבד וירידה בצפיפות העצם. נוסף על כך, טיפול מתמשך שכזה הוא נטל כלכלי במדינות המפותחות ובלתי אפשרי כלכלית במדינות המתפתחות. שימוש בתאים משופרים, שעמידים ל-HIV, יכול לא רק לחזק את מערכת החיסון של נשאים וחולי HIV, אלא יוכל בעתיד לאפשר שליטה ברמות הנגיף ללא צורך במתן תרופות, או לפחות יאפשר לצמצם את כמות ותדירות נטילת התרופות היקרות וכך להקטין את הסיכון לתופעות לוואי ולהופעת עמידות של הנגיף לתרופות.

מאז ההתפרצות הראשונית, לפני כמה עשורים, הרפואה הצליחה להפוך את נגיף ה-HIV מגזר דין מוות לכמעט כל מי שנדבק בו למצב כרוני שאפשר לחיות איתו. יש לקוות שהמחקר המתואר כאן יהפוך את חייהם של הנשאים לקלים עוד יותר, אך גם טיפול זה – כמו כל הטיפולים האחרים – אינו מסוגל להיפטר מהנגיף לחלוטין. חוקרים רבים מנסים לפתח חיסון יעיל בפני המחלה, שהוא הדרך היחידה להעביר אותה מהעולם. עד אז, שיטת הטיפול הטובה ביותר היא לנסות להימנע מהדבקה.

לקריאה נוספת

המאמר המקורי [PDF]:

Tebas, P. et al. Gene editing of CCR5 in autologous CD4 T Cells of persons infected with HIV. N. Engl. J. Med. 370, 901–910 (2014). doi: 10.1056/NEJMoa1300662

המאמר על "המטופל מברלין":

Hütter, G. et al. Long-term control of HIV by CCR5 Delta32/Delta32 stem-cell transplantation. N. Engl. J. Med. 360, 692–698 (2009). doi: 10.1056/NEJMoa0802905

גישה לטיפול בנגיפי HIV החבויים בתאים: נעם לויתן ויונת אשחר, "לעורר ולחסל", גליליאו 170

מידע על HIV ואיידס: הוועד למלחמה באיידס

הנדסה גנטית של תאי T הורגים, באמצעות נגיף קרוב ל-HIV, לטיפול בלוקמיה: דרור בר-ניר, "נגיף נגד סרטן", גליליאו 175

מאמר המבוסס על רשומה זו התפרסם בגליליאו גיליון 190, יולי 2014