張鋒教授Nature子刊發文：編輯人類基因組需謹慎！

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過去的幾天里，CRISPR領域又帶來了一波吸引眼球的新聞。上周，MIT科技評論發布了一項重磅消息，俄勒岡健康與科學大學的Shoukhrat Mitalipov使用了CRISPR基因編輯技術首次在美國進行胚胎基因編輯（附：原文鏈接）。而緊接著，CRISPR技術先驅張鋒便在Nature Medicine上刊文，從人類遺傳多樣性的角度，呼籲謹慎將基因編輯技術應用到人體。

先簡單介紹一下CRISPR基因編輯技術的原理。這一技術需要兩類關鍵成員，一類是能夠剪切DNA的酶（如Cas9和Cpf1），另一類則是負責將這些酶帶到特定區域的嚮導RNA（gRNA）。在這兩類成員的作用下，CRISPR系統能有效地對研究人員選定的基因組位點進行高效、精準的剪切，使得基因組編輯的大規模應用成為可能。人們暢想，使用CRISPR基因編輯技術，我們或許很快就能修復患者的基因，使他們健康生活。

但張鋒教授發表的這篇文章則提醒我們，對人類基因組的編輯不宜過於草率。他指出，人類的遺傳信息具有多樣性。這不但會影響到靶向特定序列的可靠性，還會影響到對酶的選擇。此外，由於人與人之間的遺傳信息有著明顯差異，每個人也都面臨著不同的「脫靶風險」（即在意料外的基因組區域進行編輯）。

張鋒教授發布在Nature Medicine上的分析指出，通過全基因組測序技術對患者進行預先篩選，而後通過實證研究整合信息，這樣指導RNA的選擇可以幫助研究人員設計出有效安全的CRISPR治療技術。

「與傳統藥物研發只需要開發出藥物針對患者高度保守的靶點不同，基因水平的治療需要面對個體間巨大的遺傳差異。」張鋒教授談到。「遺傳變異能混淆某些Cas內切核酸酶對靶點的識別，如果恰巧遺傳變異的出現破壞了治療靶點，那就會對CRISPR相關治療的功效產生極大的影響；如果遺傳變異產生了靶標外的治療位點，則會對CRISPR相關療法的安全性產生極大的影響。」

為此，張鋒教授及相關研究人員分析了近期發布的ExAC數據集中60706個個體以及千人基因組計劃數據集中個體的遺傳變異數據，用於確定遺傳變異對基因編輯技術，如SpCas9、SpCas9變體VQR和VRER、SaCas9以及AsCpf1的可能影響。

他們發現，遺傳變異對每種酶的功效都可能產生影響，並造成患者特異性的脫靶。事實上，ExAC數據集中的變異涵蓋了約93%~95%的基因編輯靶標，因此遺傳變異很可能造成靶點剪切功效的降低，張鋒教授補充道，「這支持了他們之前的觀點：應增加治療相關基因座可攻擊的靶點數量，以此來增強具有明確靶DNA序列的編輯酶的安全性和功效。

此外，他們注意到，群體中多種單體型的存在也增加了脫靶位點的數量，讓情況變得複雜。因此，他們利用千人基因組計劃的數據集來鑒定人群中脫靶位點最少的靶點。「特異性增強的eSpCas9和Cas9-HF1酶的使用將進一步降低脫靶位點的切割，不過仍然需要避免重複區域或高頻率單體型中的脫靶位點，」張鋒寫道。

張鋒教授還指出，千人基因組計劃數據集中每個個體的人口統計學信息（包括性別和祖先）同樣也可以用來研究已知個體遺傳變異帶來的脫靶風險。他們發現，「在治療前應對每個患者進行全基因組測序，以便選擇一種與患者基因組完全匹配並且不涉及患者特異性脫靶位點的嚮導RNA酶組合進行治療。」

基於一些研究人員和公司已經開始設計CRISPR相關的臨床試驗，這種類型的分析將尤為重要。張鋒教授認為，如果他們沒有考慮到遺傳變異，他們的試驗將存在巨大的風險。

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