日前，科學家齊聚華盛頓哥倫比亞特區(qū)，進行一年一度的基因治療學術研討——一個長期處于困境的技術，近年來因一連串在小型臨床試驗中有前景的結(jié)果而獲得學術界的關注?，F(xiàn)在，許多人認為強大的新基因編輯技術CRISPR將成為基因治療的新勢力。但是，CRISPR真的準備好開啟基因編輯的黃金年代了嗎？《科學》雜志對其優(yōu)勢與風險做了一次探討。

CRISPR的工作原理是什么？

對于這個問題，雷鋒網(wǎng)已經(jīng)做過科普，在這里不妨再解釋一次。傳統(tǒng)的基因治療通過蠻力進行的基因轉(zhuǎn)移方法來起到作用。一種無害的病毒，或其他形式的所謂帶菌者，載著良好的基因復制進入細胞，這段基因復制可以彌補引起疾病的缺陷基因。但是，CRISPR可以通過刪掉病變DNA，并用正確的序列取而代之，實現(xiàn)直接修復有缺陷的基因的效果。原則上，這應該比添加新基因更有效，因為它消除了外源基因落在細胞中染色體組的錯誤地方，反而引發(fā)癌癥基因的風險。而一段經(jīng)過CRISPR技術修復的基因能夠很好地控制，因此細胞不會過多或過少地產(chǎn)生蛋白質(zhì)產(chǎn)品。

CRISPR目前得到了怎樣的發(fā)展？

研究者都發(fā)表了一些利用CRISPR來治療動物遺傳性肝病和肌肉萎縮癥 的成功案例，而在今年的美國基因與細胞治療學會（ASGCT）上，也有更多類似的臨床案例。圍繞CRISPR的熱門話題越來越多。在今年的會議上，CRISPR相關的摘要有93個，相比較之下，去年只有33個。更有甚者，投資者都蜂擁而進CRISPR。愛迪塔斯醫(yī)藥公司（Editas Medicine）、基因改造公司Intellia Therapeutics、基因剪輯初創(chuàng)公司Crispr Therapeutics——三大基因編輯初創(chuàng)企業(yè)到目前為止已經(jīng)獲得了數(shù)億美元的投資。

那為什么說CRISPR并未準備就緒？

距離能夠安全有效地修復，而不只是破壞基因，CRISPR還有很長的路要走。對于大多數(shù)疾病尤是如此，比如肌肉萎縮癥 、囊腫性纖維化，它們都需要活體糾正基因，才能根除，因為假如細胞先刪除并修復然后放回，很少能夠繼續(xù)存活的。而細胞需要在活體治療的基本要求意味著，基因編輯面臨的傳輸困難與轉(zhuǎn)錄相當——研究人員必須制定有效的方法，來得到一個有效的特定組織的CRISPR療法。

CRISPR本身也存在安全風險。提出最多的是，CRISPR用來在特定位置剪切DNA的工具Cas9酶，也有可能致癌。

看到這些，那我們還需要CRISPR嗎？

到目前為止，一些疾病的常規(guī)基因治療，用上CRISPR都可能是沒有意義的重新開始。在歐洲，基因療法已經(jīng)批準了應用在罕見的代謝疾病，監(jiān)管機構(gòu)將批準第二個免疫功能紊亂疾病的基因療法，其稱為重癥聯(lián)合免疫缺陷（SCID）。在美國，一家公司預計今年申請利用基因轉(zhuǎn)移治療一種導致兒童失明的疾病，稱為萊伯氏先天性黑蒙（LCA）。

在ASGCT上，研究人員與藍鳥生物科技公司（Bluebird Bio）合作，呈現(xiàn)一些后期試驗的臨時數(shù)據(jù)，說明基因擴增可以停止腦罹的惡化，最終結(jié)果可能有助于為獲得監(jiān)管部門的批準鋪平道路。

除了LCA這樣需要直接將基因攜帶病毒注入眼球，這些疾病都需要通過去除病人的骨髓細胞來治療，并且給細胞植入新的DNA序列。新近一些的，通過對幾個免疫缺陷疾病的病人的早期試驗發(fā)現(xiàn)，更安全的病毒載體已經(jīng)降低了罹患白血病的風險。加州大學洛杉磯分校Donald Kohn表示，研究人員似乎看到了“優(yōu)秀的臨床反應”。

盡管Kohn和其他研究者使用一個老式的基因編輯工具——鋅指核酸酶技術修復缺陷基因?qū)е碌溺牋罴毎膊?，和一種SCID，但只有一小部分未成熟的血細胞需要這樣的治療，直到基因修正工作結(jié)束，遠遠低于新標準的基因轉(zhuǎn)移方法。原因之一是原始血液細胞不分裂。因為對很多疾病來說，CRISPR這樣的基因編輯方法遠沒有基因擴增湊效。意大利米蘭的圣拉斐爾特里松基因療法研究院Luigi Naldini表示：“我認為還沒有一個強有力的理由去切換成基因編輯的方式?！?/p>

CRISPR還存在其他問題

利用CRISPR來剪出基因的一部分——不正確的序列——是相對容易的。事實上，這個策略已經(jīng)被臨床用于鋅指核酸酶在抗擊艾滋病毒感染的測試上。在這個治療方案中，核酸酶被用于敲除血液細胞中一個叫做CCR5受體的基因，這段基因是艾滋病毒得以進入細胞的。

但當CRISPR利用一系列DNA來修復基因時，它不只是剪掉一些，其效果并不是很好。這是因為細胞必須使用同源介導（HDR）的修復過程，只有這樣基因還能在細胞中保持活躍。然而不幸的是，大多數(shù)體內(nèi)細胞——肝臟、神經(jīng)、肌肉、眼睛、血液干細胞，都是不正常分裂。因此，“敲除一段基因比敲入一段基因并糾正一個突變簡單得多，”ASGCT候任主席Cynthia Dunbar表示。

研究者正想辦法繞開這個限制。張鋒表示，HDR的基因存在于所有細胞，問題是如何激活它們，也許可以通過向某些細胞添加藥物。另一個途徑是尋找Cas9系統(tǒng)的替代品，這個替代品可以不要依賴HDR過程。

但HDR在大多數(shù)細胞的低效，是臨床中CRISPR的首次使用可能涉及的是擾亂基因，而不是修復基因的原因。

CRISPR仍然有很大的安全風險

CRISPR技術被討論最多的安全風險是Cas9酶，是用于剪切特定DNA序列的工具，但也會削減染色體組的其他部分，并可能因此導致突變，提高癌癥的風險。研究者當務之急是讓CRISPR剪切更加精準。

但這還不是唯一的風險。盡管在培養(yǎng)皿中將CRISPR的部件植入細胞的蛋白質(zhì)或是RNA，研究人員通常只能在體內(nèi)組織開展工作才能成功，通過使用病毒載體來傳送Cas9的DNA進入細胞。這意味著，即使Cas9能夠精準剪切，細胞也會排斥它。張鋒表示，“酶的成功使用還需要10-20年?！?/p>

而張鋒指出，這也許不是真正的問題。他的團隊創(chuàng)造了一個攜帶Cas9的老鼠株，所以它意味著酶將存在于所有細胞動物的一生當中。即使這些老鼠經(jīng)過20代雜交，“似乎”也沒有明顯的不正常健康現(xiàn)象。照樣地,“最理想的情況是，我們想切斷酶的作用。”也就是說，研究員需要找到用病毒作為載體的方法讓Cas9進入細胞。

另一個CRISPR治療方法面臨的問題是，任何基因編輯的細胞最終可能會死掉，因而病人可能需要多次治療。研究人員利用基因轉(zhuǎn)移和編輯的方法也都受到了病毒載體可以攜帶多少DNA有所限制的阻礙。

所以結(jié)論是什么？

基因治療仍然只是被CRISPR刺激著，部分原因是，與轉(zhuǎn)基因相比，它可以解決更多的遺傳疾病，其中包括某些免疫性疾病。其他如鐮狀細胞病等情況，病人都無法完全康復，除非他們的細胞不再產(chǎn)生有缺陷的蛋白質(zhì)，所以僅僅添加基因是不夠的。Dunbar說：“它開辟了很多疾病的基因治療，因為基因擴增不再湊效了?！?/p>

20年之后再來回顧該領域的浮浮沉沉，基因治療領域的“退伍軍人”對 CRISPR的期望有所提高。“每當有一個新的技術，業(yè)界都是無比的興奮，每個人都認為它一定能讓明天更美好，”斯坦福大學 基因治療研究者Mark Kay表示，“它還需要一些時間?！?/p>

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