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| 本文作者： 付靜 | 2020-03-25 18:50 |
發(fā)現(xiàn)前女友借助先進(jìn)儀器刪除了大腦中兩人曾經(jīng)的不愉快記憶后，自己也決定洗去這段記憶。
這是曾獲 2005 年奧斯卡金像獎(jiǎng)最佳原創(chuàng)劇本獎(jiǎng)的電影《美麗心靈的永恒陽(yáng)光》的情節(jié)。而如今，刪除記憶的技術(shù)，已經(jīng)從電影走向現(xiàn)實(shí)。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間 2020 年 3 月 18 日，北京大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所的伊鳴研究員和萬(wàn)有教授團(tuán)隊(duì)在 Science 子刊 Science Advances 在線發(fā)表題為 Development of a CRISPR-SaCas9 system for projection- and function-specific gene editing in the rat brain（用于大鼠腦中投射和功能特異性基因編輯的 CRISPR-SaCas9 系統(tǒng)的開發(fā)）的論文。
據(jù)悉，基于 CRISPR-Cas9 基因編輯技術(shù)，研究人員開發(fā)出一種 CRISPR-SaCas9 系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)大鼠的腦中實(shí)現(xiàn)了特定記憶的精準(zhǔn)刪除。
對(duì)特定神經(jīng)元亞群進(jìn)行穩(wěn)定的基因操作具有挑戰(zhàn)性，這是擺在科研人員面前的一道難題，也是這項(xiàng)研究的出發(fā)點(diǎn)。
實(shí)際上，哺乳動(dòng)物大腦中的復(fù)雜神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，是由不同遺傳、形態(tài)和功能特征的神經(jīng)元集合形成的。即便是在同一大腦區(qū)域內(nèi)，神經(jīng)元集合在解剖學(xué)或功能上也并不統(tǒng)一，分為不同的亞群，這便是一種「異質(zhì)性」。
這一異質(zhì)性需要對(duì)特定神經(jīng)元集合進(jìn)行基因編輯——而且，在特定神經(jīng)元亞型、回路中進(jìn)行精確的基因操作，對(duì)于確定神經(jīng)元活動(dòng)和行為之間的關(guān)系是至關(guān)重要的。
不過，在具有特定連接或功能特征的神經(jīng)元亞群中，特別是在大鼠和非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物中，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的基因敲減（Gene knock-down，指通過降解具有同源序列靶基因的 mRNA 阻止基因表達(dá)）或基因修飾并非易事。
而 CRISPR-Cas9 基因編輯技術(shù)為研究人員找到了一個(gè)突破口。
CRISPR-Cas9 基因編輯技術(shù)，通俗來講就是，將基因組中的錯(cuò)誤位點(diǎn)基因進(jìn)行“修改”，使人體細(xì)胞恢復(fù)正常機(jī)能。這一技術(shù)通過一種名叫 Cas9 的特殊編程的酶發(fā)現(xiàn)、切除并取代 DNA 的特定部分，是生物科學(xué)領(lǐng)域的游戲規(guī)則改變者。
實(shí)際上，有人形象地將 CRISPR-Cas9 基因編輯技術(shù)稱為“基因魔剪”，認(rèn)為基因編輯就是用附帶了“導(dǎo)航儀”的基因剪刀對(duì)基因進(jìn)行修飾。
不過，病毒載體的容量有限，是在神經(jīng)系統(tǒng)中應(yīng)用 CRISPR-Cas9 的一個(gè)障礙。
實(shí)際上，最常用的一種病毒載體就是腺相關(guān)病毒（AAV，adeno-associated virus），它是一類單鏈線狀 DNA 缺陷型病毒。 The Cas9 ortholog from Staphylococcus aureus (SaCas9), by contrast, is more than 1 kb shorter but edits the genome with an efficiency similar to SpCas9
而來自化膿性鏈球菌的高通用性核酸內(nèi)切酶 Cas9（SpCas9）正是受到 AAV 遞送載體的容量（通常小于 4.4-4.7kb）及低效包裝的限制。相比之下，來自金黃色葡萄球菌的 Cas9 直系同源物 SaCas9 遞送載體的容量比 SpCas9 小 1kb 以上，但基因編輯的效率卻相差不大。
綜合上述因素，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種 CRISPR-SaCas9 系統(tǒng)——基于 CRISPR-Cas9 技術(shù)，結(jié)合順行/逆行 AAV 載體和細(xì)胞標(biāo)記技術(shù)。
實(shí)驗(yàn)表明，這一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大鼠腦中的投射和功能特異性基因編輯。
具體來講，研究團(tuán)隊(duì)首先誘發(fā)了大鼠對(duì) 2 個(gè)不同實(shí)驗(yàn)箱的恐懼記憶，然后通過 CRISPR-SaCas9 系統(tǒng)，精確刪除掉了大鼠對(duì)其中一個(gè)箱子的記憶，而大鼠對(duì)另外一個(gè)箱子的記憶則完好保留。
雷鋒網(wǎng)了解到，神經(jīng)元興奮性和記憶的形成，一種具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性的轉(zhuǎn)錄輔激活因子是必不可少的，這種激活因子便是內(nèi)側(cè)前額葉皮層特定神經(jīng)元亞群中的 cbp（CREB結(jié)合蛋白）。
基于此，該團(tuán)隊(duì)將 cbp 作為目標(biāo)基因，并進(jìn)行基因敲減，證實(shí)了投射和功能特異性 CRISPR-SaCas9 系統(tǒng)在揭示記憶的神經(jīng)元和回路基礎(chǔ)的意義，這也說明 CRISPR-SaCas9 系統(tǒng)的高效率和特異性可廣泛應(yīng)用于神經(jīng)環(huán)路研究。
同時(shí)上述過程也表明，該系統(tǒng)與電生理學(xué)、行為分析、流式細(xì)胞熒光分選技術(shù) FACS 和深度測(cè)序方法相結(jié)合，可為生理、病理?xiàng)l件下的腦功能精確基因組干擾提供重要的參考。論文作者之一、北京大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究員伊鳴表示：
記憶編碼與儲(chǔ)存很重要，但遺忘負(fù)面記憶也同樣重要。如果負(fù)面記憶過于頑固，有時(shí)會(huì)帶來負(fù)擔(dān)，甚至造成疾病。慢性痛、藥物成癮、慢性應(yīng)激等疾病，本質(zhì)上都是患者在經(jīng)歷了疼痛、毒品帶來的感覺或壓力后，產(chǎn)生了難以清除的、長(zhǎng)時(shí)間存在的“病理性記憶”。因此，這一系統(tǒng)可能也將為這類疾病的治療提供新思路。
雷鋒網(wǎng)了解到，在這項(xiàng)突破之前，已經(jīng)有不少科學(xué)家做過記憶編輯與刪除的相關(guān)研究。
在此前的研究中，科研人員通常會(huì)考慮以下幾個(gè)方面：
從研究海馬體出發(fā)：位于大腦丘腦和內(nèi)側(cè)顳葉之間，主要功能為記憶處理儲(chǔ)存和空間信息處理。20 世紀(jì)初就有科學(xué)家認(rèn)識(shí)到海馬對(duì)于某些記憶以及學(xué)習(xí)有著基本的作用；
利用光遺傳學(xué)技術(shù)：使用光控的方法，選擇并打開某種生物的特定細(xì)胞，旨在激活清醒哺乳動(dòng)物的單一神經(jīng)元。在研究大腦與記憶的語(yǔ)境下，這一技術(shù)就是采用光線打開或者關(guān)閉大腦中神經(jīng)元組的生物技術(shù)；
以治療抑郁癥等疾病為目標(biāo)：抑郁癥患者對(duì)于負(fù)面事件存在記憶偏好，同時(shí)對(duì)于正面信息卻不具備相應(yīng)的記憶能力。因此，刪除負(fù)面記憶，將對(duì)這一類疾病的治療起到推動(dòng)作用。
實(shí)際上，目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些具體的特定記憶消除方法。比如 2019 年 5 月，美國(guó)波士頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用光遺傳學(xué)技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)大鼠海馬體的特定區(qū)域進(jìn)行刺激來實(shí)現(xiàn)對(duì)消極記憶的“消除”；同年 7 月，澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)開發(fā)出一種受光遺傳學(xué)技術(shù)啟發(fā)的新型類腦芯片，可模仿大腦存儲(chǔ)和刪除信息的方式。
不難發(fā)現(xiàn)，且不論刪除記憶是否會(huì)引發(fā)新一輪的道德倫理大討論，從技術(shù)的角度看，這一領(lǐng)域仍然有很大的發(fā)展空間。
那么，如果上述方法有朝一日進(jìn)入應(yīng)用階段，你會(huì)選擇刪除某段記憶嗎？
參考資料：
https://advances.sciencemag.org/content/6/12/eaay6687
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