胚胎基因治療研究新進展：CRISPR技術怎樣用於眼疾治療

編者按

在夏威夷的ARVO2018會議上，來自俄勒岡健康與科學大學（OHSU）的Shoukhrat Mitalipov教授談到了「人類胚胎基因修復的原則」。Mitalipov教授的研究目標之一是開發新穎的胚胎基因治療方法用以治療人類疾病，他在ARVO會議上演講的重點是通過在臨床前期和臨床期利用胚胎細胞基因編輯和基因替換治療疾病，從而體現了胚胎基因治療的可行性、有效性和長期安全性。

由於眼球是一種容易進入的孤立器官，所以它是第一個也可能是唯一一個能成功進行基因治療的器官。因此，有許多臨床試驗在進行眼部基因治療的研究。《國際眼科時訊》在ARVO會議上採訪了Mitalipov教授，其就使用CRISPR技術首次成功糾正人類胚胎中的單基因缺陷的研究為我們做出詳細的解答。

胚胎基因治療研究過程

Mitalipov教授團隊針對一種名為MYBPC3的基因突變進行研究，這種基因突變會導致肥厚性心肌病的出現，而肥厚性心肌病正是年輕運動員猝死的主要原因。MYBPC3基因突變是顯性遺傳的，意味著一個孩子只需要遺傳一個突變基因的副本就會導致這種疾病的發生。針對這個基因突變的研究有很多，但是成功的進行基因修正卻是第一次。胚胎的作用是將遺傳物質從一代傳遞到下一代，所以他們最擅長的是保持基因組的完整性。人類胚胎非常聰明，它可以檢測到用CRISPR標記的這種突變基因。一旦突變基因被標記出來，生殖細胞就知道這個基因有問題，並開始修復它。這種基因修復能力在胚胎中非常活躍，這種生殖細胞修復DNA的新方法，在體細胞中尚未被發現。CRISPR可以選擇性地標記突變基因，使突變基因可以被生殖細胞發現。可能有一種誤解，認為是CRISPR和其他工具正確的編輯了這個基因，但實際上，編輯和修正是由生殖細胞自身完成的。

胚胎基因治療機制

CRISPR-Cas9改編自細菌中自然產生的基因組編輯系統。這些細菌從入侵的病毒中獲取DNA片段，並利用它們來創建名為CRISPR陣列的DNA片段。CRISPR陣列允許細菌「記住」病毒，如果病毒再次攻擊，這些細菌會從CRISPR陣列中產生RNA片段，來瞄準病毒的DNA。然後，細菌利用Cas9或類似的酶來切斷DNA，從而使病毒失活。研究人員創造了一小段RNA，其中有一個簡短的「引導」序列，它與基因組中特定的DNA靶序列結合在一起。RNA也與Cas9酶結合。就像在細菌中一樣，經過修飾的RNA用來識別DNA序列，Cas9酶可以在目標位置切斷DNA。一旦DNA被切斷，研究人員就會利用細胞自身的DNA修復機制來添加或刪除遺傳物質的片段，或者通過用定製的DNA序列替換現有的片段來改變DNA。在果蠅和其他動物模型的基因研究中發現，CRISPR和其他編輯工具善於在正常基因中誘導基因突變。如果想使用相同的基因損傷修復工具,就必須學習如何讓細胞選擇修復受損的DNA。Mitalipov教授表示雖然他們已經報告了這個活躍的相互作用的同源修復系統，讓這個領域的研究者感到驚訝，但他們仍然不知道細胞是如何做到這一點的。以往研究認為，人類從父母那裡得到的兩條染色體，只在減數分裂期間相互作用，在它們交叉和交換的時候產生下一代，但是現在已經證明了它們在正常發育過程中也會相互作用。人們一直認為，在受精之後，這兩個基因組在細胞核中仍然分離，永遠不會相互作用，如今證明它們會相互保護。這是一個新的概念，它賦予了我們人類有兩個基因副本的新含義——不僅是因為人類有父親和母親共同的貢獻，而實際上這兩個基因副本是為了保護彼此。如果一個損壞了，第二個就會顯示出來，並且可以被讀取和修復。它告訴我們，如果想用基因編輯來修復基因，就需要了解它是如何發生的。大多數情況下，我們不做修復，這些細胞會自己完成修復，這是一個非常複雜的系統。

胚胎基因治療面臨的問題

當使用基因編輯如CRISPR-Cas9這樣的技術來改變人類的基因組時，就會產生倫理問題。基因編輯所帶來的大部分變化都局限於體細胞，而體細胞是區別於卵子和精子細胞之外的細胞。這些變化只會影響某些組織，並不會從一代傳給下一代。但是，對生殖細胞或胚胎基因進行改變是可以傳遞給後代的。但是進行生殖細胞和胚胎基因組編輯帶來了一系列的倫理挑戰，包括是否允許使用這種技術來增強人類的正常特徵，如身高或智力。Mitalipov教授稱使用這項技術的門檻要求非常嚴格，這是出於對技術安全性和有效性方面的考慮。使用生殖細胞儘早進行捕捉和修復突變基因是至關重要的，因為生殖細胞是突變的載體，這就意味著我們只有一份突變基因的副本，僅需對這一副本進行捕捉修復即可。但受精之後，胚胎就開始發育，尤其是在孩子出生後，會有數萬億個細胞發生突變，就不可能捕捉和修復所有這些突變細胞了。所以越早進行修復越好。

Mitalipov教授認為，目前對基因編輯用於基因修復的擔憂還有些為時過早。隨著技術的進步，兒童基因突變的數量將會越來越少，這意味著隨著突變基因的傳播，這種突變基因的複發將會減少。但是仍然會有孩子在出生時有畸形存在，所以我們仍然需要努力在這些畸形嬰兒身上發展基因療法。這比處理單個突變細胞要困難得多，因為用一種治療方法捕捉所有的細胞是不可能的。眼睛是一種表達能力有限的器官，它是體細胞基因療法的候選者，但它更能有效地防止胎兒畸形。在很多情況下，一旦疾病發展，基因療法的效果就會受限。例如，在肥厚性心肌病基因治療中，我們可以修復這個基因，但卻不能使受損的心臟恢復正常。

（來源：《國際眼科時訊》編輯部）

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