CRISPR基因編輯技術研究進展

作者：Carrie

CRISPR/Cas這項基因編輯技術自從問世以來，已經吸引了無數歡呼和掌聲，在短短几年之內，它已經成為了生物科學領域最炙手可熱的研究工具。然而它最近也頻頻被「潑冷水」，那麼基因編輯未來究竟何去何從呢？

基因編輯技術指能夠讓人類對目標基因進行「編輯」，實現對特定DNA片段的敲除、加入等。CRISPR/Cas基因編輯技術是繼鋅指核酸內切酶（ZFN）」、「類轉錄激活因子效應物核酸酶（TALEN）」之後出現的第三代基因組定點編輯技術。

CRISPR/Cas這項技術自從問世以來，已經吸引了無數歡呼和掌聲，在短短几年之內，它已經成為了生物科學領域最炙手可熱的研究工具。我們先來了解一下近期科學研究者們運用這把基因魔剪做的研究。

基因編輯技術如日中天

——HIV疫苗再獲突破！

一般而言，對抗HIV（人類免疫缺陷病毒）感染的最成功的方法是疫苗。然而HIV並不是個「省油的燈」，它十分狡猾，不斷地改變以偽裝自己，同時它還可以藏匿到細胞質之內，這樣使其對疫苗的抵抗力很強，還會人體的免疫系統喪失功能，這也正是艾滋病如此 致命、難以攻克的原因。

在通常情況下，人體不能依靠自身免疫系統抵禦HIV病毒。但在非常罕見的情況下，受感染的個體會產生廣泛的中和抗體(bNAbs)，用來對抗病毒。

最近發表在《實驗醫學雜誌》上的一項研究中，努森茨威格和他的同事使用CRISPR-Cas9基因編輯技術對B細胞進行了修飾。B細胞是一種分泌抗體的白細胞。研究人員通過改造小鼠B細胞來製造人類自身的bNAbs。研究人員發現，以這種方式改變的細胞產生的抗體水平足以保護動物免受艾滋病毒感染，這意味著這項技術最終可能被用作免疫工具。

雖然這項研究還處於早期階段，但它證明了通過基因編輯增強免疫反應的可行性。重要的是，這項技術不影響生殖細胞，因此避免了CRISPR干預有時引發的倫理問題。如果能夠實現，這種新的免疫方法不僅可以對艾滋病毒有效，還可以治療任何對特定抗體敏感的疾病。

——CRISPR-Cas9篩選癌症治療靶點

功能基因組學可以克服癌症藥物開發的局限，如缺乏確定可靠的靶點和臨床療效差。由Wellcome Sanger研究所的研究人員領導的研究小組利用CRISPR-Cas9技術，對來自30種癌症類型的324個人類癌細胞系進行了基因組的篩選。

該小組將細胞適應性效應，與基因組生物標誌物和藥物開發的靶標易處理性相結合，以系統地遴選出特定組織中的新靶標和特定基因型。利用此方法，研究人員能夠驗證Werner綜合征（又稱白內障-硬皮病-早老綜合征）的ATP依賴性解旋酶（WRN）作為多種癌症類型腫瘤的合成致死靶標，該靶標針對具有微衛星不穩定性的多種癌症類型。

該項研究提供了癌症依賴情況的資源庫，開發了篩選癌症藥物目標的計算框架，並提出了具體的新靶標。該研究可以指導藥物開發的初始階段，為新的、多樣化的和更有效的癌症藥物靶標組合做出貢獻。

——子宮內編輯治療肺部疾病

來自費城兒童醫院（CHOP）和賓夕法尼亞醫學的團隊在動物模型中利用CRISPR基因編輯技術成功阻止了致命的肺病，在這種動物模型中，一種有害突變在出生後數小時內導致死亡。這項研究發表在「 科學轉化醫學」雜誌，該研究表明子宮內編輯可能是一種在出生前治療肺病的有前景的新方法。

該研究小組希望解決的肺部問題是先天性疾病，如表面活性蛋白缺乏、囊性纖維化和α-1抗胰蛋白酶等，其特徵是出生時呼吸衰竭或慢性肺病，治療方法很少。由於肺是一個與外界環境直接接觸的屏障器官，靶向傳遞糾正缺陷基因是一種有吸引力的治療方法。

研究人員發現，在胎兒發育過程中，胎兒在子宮內將CRISPR基因編輯試劑準確地注入羊水，可以導致小鼠肺部發生有針對性的變化。他們在老鼠出生前4天將基因編輯器引入老鼠體內，這與人類的妊娠晚期相似。編輯百分比最高的細胞是肺泡上皮細胞和肺氣道內的氣道分泌細胞。

該團隊後續的研究將致力於提高肺上皮組織基因編輯的效率，以及評估將基因編輯技術傳遞給肺的不同機制。不同的基因編輯技術也在進一步的探索中，可能未來有一天能夠糾正嬰兒遺傳性肺病中觀察到的確切突變。

基因編輯為何又頻頻被「潑冷水」

雖然基因編輯技術仍在快速發展，卻有很多根深蒂固的風險沒有得到解決。其中最主要的就是」脫靶「的問題。

最近，基因編輯技術在聲名鼎盛時期被潑了冷水，迎來了它的噩夢。美國馬薩諸塞州綜合醫院的J. Keith Joung領導的團隊在最近的研究中發現，CRISPR-Cas鹼基編輯技術可以在人類細胞中誘導轉錄組範圍內的脫靶RNA編輯以及脫靶DNA編輯。

研究發現具有rAPOBEC1（該酶誘導DNA胞嘧啶脫氨）的CBE（胞嘧啶鹼基編輯器）可以在人類細胞中引起廣泛的轉錄組範圍的RNA胞嘧啶脫氨基，誘導數萬個C-尿嘧啶（U）編輯，頻率範圍為0.07％至100％，範圍是38％-58％表達的基因。CBE誘導的RNA編輯在蛋白質編碼序列和非蛋白質編碼序列中發生，併產生錯義，無義，剪接位點，5UTR和3UTR突變。另外，該研究設計了兩種帶有rAPOBEC1突變的CBE變體，這些變異顯著降低了人類細胞中RNA編輯的數量（減少> 390倍和> 3800倍）。

最後，研究人員顯示最近描述的腺嘌呤鹼基編輯器（ABE）也可以誘導轉錄組範圍的RNA編輯。這些結果對鹼基編輯的研究和治療用途具有重要意義，說明了通過減少RNA編輯活動改造變異變體的可行性，並建議需要在鹼基編輯器中更全面地定義和表徵脫氨酶的RNA脫靶效應。該項研究表明人類治療的安全性評估可能需要包括轉錄組RNA編輯的潛在功能後果的分析。

由於該研究的發表，導致基因鹼基領域的公司股票暴跌，目前張鋒等人的Editas Medicine公司的股票暴跌，最多跌去每股2美元，共損失9818萬美元（摺合人民幣6.59億）。

基因編輯技術未知的風險太大，科學家對在人體上直接進行基因編輯非常謹慎。前段時間，基因編輯嬰兒事件一出，就引起了軒然大波。南方科技大學賀建奎為追逐個人名利，自籌資金，蓄意逃避監管，私自組織有關人員，實施國家明令禁止的以生殖為目的的人類胚胎基因編輯活動。

早在基因編輯嬰兒事件發生之前，霍金就曾預言未來可能出現一種經過 DNA 基因編輯的「超級人類」種族（Superhumans），這種「超人類」的壽命、智力及免疫力都比一般人強，如果情況發展得糟糕，這類由富人階級組成的「超級人類」種族可能會毀滅整個人類種族。

霍金曾說道，法律很可能會禁止人類基因工程編輯，但是有些禁不住誘惑的人類仍然會用該技術來改進自己的智能，比如記憶能力，抗衰老能力和延長生命。

基因編輯技術能否峰迴路轉？

最近發表在《科學進展》雜誌上的最新科研成果中，來自南京大學、廈門大學和南京工業大學的科研人員開發出一種「基因剪刀」工具的新型非病毒載體，可以通過近紅外光控制「修剪」基因的方式，實現體內時間和空間上的基因編輯可控，在癌症等重大疾病治療方面具有廣闊的應用前景。

針對CRISPR-Cas9的脫靶效應，研發團隊經過長達一年半的試驗，研發出一種名叫「上轉換納米粒子」的非病毒載體，這種納米粒子可以被細胞大量內吞，通過一種光敏化合物將CRISPR-Cas9鎖定在上轉換納米粒子上。紅外光具有強大的組織穿透性，這為在人體深層組織中安全、精準地應用基因編輯技術提供了可能。

實驗的觸發裝置就在於兩種光——近紅外光和紫外光。近紅外光和紫外光具有特殊的性質，前者可以穿透人體組織到達目標位置，後者則可以實現切斷光敏分子。暴露在近紅外光下，這些納米粒子吸收低能近紅外輻射並將其轉化為可見的紫外光，能夠自動打開納米粒子和Cas9蛋白之間的「鎖」，使Cas9蛋白進入細胞核，從而實現對靶點基因精準敲除，誘發腫瘤細胞凋亡。

該技術為非病毒載體在基因工程上的運用打開了另一扇門。一旦未來這項技術能夠實現臨床，腫瘤尤其是實體瘤就能實現無創治療，帕金森症、糖尿病等患者也能從這項技術中受益。

基因編輯技術未來將何去何從？

基因編輯技術取得一個又一個突破後，又因其技術上存在的潛在風險而飽受爭議。未來基因編輯技術又該何去何從呢？我們能否合理的利用這把「上帝賜予的手術刀」呢？

看到這裡，您對基因編輯技術的發展有何見解呢？歡迎大家留言，我們來共同探討基因編輯技術的前景。

同時，敬請您持續關注轉化醫學網公眾號，我們會不定期更新基因編輯技術的研究動態。

參考資料：

1. https://medicalxpress.com/news/2019-04-gene-editing-technique-door-hiv-vaccine.html

2. https://www.genomeweb.com/cancer/genome-scale-crispr-screening-helps-identify-new-cancer-drug-targets

3.https://www.genomeweb.com/gene-silencinggene-editing/crispr-cas-base-editing-technology-can-cause-transcriptome-wide-rna#.XL5wdYszbIU

4.https://medicalxpress.com/news/2019-04-gene-crispr-lethal-lung-diseases.html

5.https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_3332811

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