投资者开始蜂拥的CRISPR基因编辑,并没有那么美好

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  日前,科学家齐聚华盛顿哥伦比亚特区,进行一年一度的基因治疗学术研讨——一个长期处于困境的技术,近年来因一连串在小型临床试验中有前景的结果而获得学术界的关注。现在,许多人认为强大的新基因编辑技术CRISPR将成为基因治疗的新势力。但是,CRISPR真的准备好开启基因编辑的黄金年代了吗?《科学》杂志对其优势与风险做了一次探讨。

  CRISPR的工作原理是什么?

  对于这个问题,雷锋网已经做过科普,在这里不妨再解释一次。传统的基因治疗通过蛮力进行的基因转移方法来起到作用。一种无害的病毒,或其他形式的所谓带菌者,载着良好的基因复制进入细胞,这段基因复制可以弥补引起疾病的缺陷基因。但是,CRISPR可以通过删掉病变DNA,并用正确的序列取而代之,实现直接修复有缺陷的基因的效果。原则上,这应该比添加新基因更有效,因为它消除了外源基因落在细胞中染色体组的错误地方,反而引发癌症基因的风险。而一段经过CRISPR技术修复的基因能够很好地控制,因此细胞不会过多或过少地产生蛋白质产品。

  CRISPR目前得到了怎样的发展?

  研究者都发表了一些利用CRISPR来治疗动物遗传性肝病和肌肉萎缩症 的成功案例,而在今年的美国基因与细胞治疗学会(ASGCT)上,也有更多类似的临床案例。围绕CRISPR的热门话题越来越多。在今年的会议上,CRISPR相关的摘要有93个,相比较之下,去年只有33个。更有甚者,投资者都蜂拥而进CRISPR。爱迪塔斯医药公司(Editas Medicine)、基因改造公司Intellia Therapeutics、基因剪辑初创公司Crispr Therapeutics——三大基因编辑初创企业到目前为止已经获得了数亿美元的投资。

  那为什么说CRISPR并未准备就绪?

  距离能够安全有效地修复,而不只是破坏基因,CRISPR还有很长的路要走。对于大多数疾病尤是如此,比如肌肉萎缩症 、囊肿性纤维化,它们都需要活体纠正基因,才能根除,因为假如细胞先删除并修复然后放回,很少能够继续存活的。而细胞需要在活体治疗的基本要求意味着,基因编辑面临的传输困难与转录相当——研究人员必须制定有效的方法,来得到一个有效的特定组织的CRISPR疗法。

  CRISPR本身也存在安全风险。提出最多的是,CRISPR用来在特定位置剪切DNA的工具Cas9酶,也有可能致癌。

  看到这些,那我们还需要CRISPR吗?

  到目前为止,一些疾病的常规基因治疗,用上CRISPR都可能是没有意义的重新开始。在欧洲,基因疗法已经批准了应用在罕见的代谢疾病,监管机构将批准第二个免疫功能紊乱疾病的基因疗法,其称为重症联合免疫缺陷(SCID)。在美国,一家公司预计今年申请利用基因转移治疗一种导致儿童失明的疾病,称为莱伯氏先天性黑蒙(LCA)。

  在ASGCT上,研究人员与蓝鸟生物科技公司(Bluebird Bio)合作,呈现一些后期试验的临时数据,说明基因扩增可以停止脑罹的恶化,最终结果可能有助于为获得监管部门的批准铺平道路。

  除了LCA这样需要直接将基因携带病毒注入眼球,这些疾病都需要通过去除病人的骨髓细胞来治疗,并且给细胞植入新的DNA序列。新近一些的,通过对几个免疫缺陷疾病的病人的早期试验发现,更安全的病毒载体已经降低了罹患白血病的风险。加州大学洛杉矶分校Donald Kohn表示,研究人员似乎看到了“优秀的临床反应”。

  尽管Kohn和其他研究者使用一个老式的基因编辑工具——锌指核酸酶技术修复缺陷基因导致的镰状细胞疾病,和一种SCID,但只有一小部分未成熟的血细胞需要这样的治疗,直到基因修正工作结束,远远低于新标准的基因转移方法。原因之一是原始血液细胞不分裂。因为对很多疾病来说,CRISPR这样的基因编辑方法远没有基因扩增凑效。意大利米兰的圣拉斐尔特里松基因疗法研究院Luigi Naldini表示:“我认为还没有一个强有力的理由去切换成基因编辑的方式。”

  CRISPR还存在其他问题

  利用CRISPR来剪出基因的一部分——不正确的序列——是相对容易的。事实上,这个策略已经被临床用于锌指核酸酶在抗击艾滋病毒感染的测试上。在这个治疗方案中,核酸酶被用于敲除血液细胞中一个叫做CCR5受体的基因,这段基因是艾滋病毒得以进入细胞的。

  但当CRISPR利用一系列DNA来修复基因时,它不只是剪掉一些,其效果并不是很好。这是因为细胞必须使用同源介导(HDR)的修复过程,只有这样基因还能在细胞中保持活跃。然而不幸的是,大多数体内细胞——肝脏、神经、肌肉、眼睛、血液干细胞,都是不正常分裂。因此,“敲除一段基因比敲入一段基因并纠正一个突变简单得多,”ASGCT候任主席Cynthia Dunbar表示。

  研究者正想办法绕开这个限制。张锋表示,HDR的基因存在于所有细胞,问题是如何激活它们,也许可以通过向某些细胞添加药物。另一个途径是寻找Cas9系统的替代品,这个替代品可以不要依赖HDR过程。

  但HDR在大多数细胞的低效,是临床中CRISPR的首次使用可能涉及的是扰乱基因,而不是修复基因的原因。

  CRISPR仍然有很大的安全风险

  CRISPR技术被讨论最多的安全风险是Cas9酶,是用于剪切特定DNA序列的工具,但也会削减染色体组的其他部分,并可能因此导致突变,提高癌症的风险。研究者当务之急是让CRISPR剪切更加精准。

  但这还不是唯一的风险。尽管在培养皿中将CRISPR的部件植入细胞的蛋白质或是RNA,研究人员通常只能在体内组织开展工作才能成功,通过使用病毒载体来传送Cas9的DNA进入细胞。这意味着,即使Cas9能够精准剪切,细胞也会排斥它。张锋表示,“酶的成功使用还需要10-20年。”

  而张锋指出,这也许不是真正的问题。他的团队创造了一个携带Cas9的老鼠株,所以它意味着酶将存在于所有细胞动物的一生当中。即使这些老鼠经过20代杂交,“似乎”也没有明显的不正常健康现象。照样地,“最理想的情况是,我们想切断酶的作用。”也就是说,研究员需要找到用病毒作为载体的方法让Cas9进入细胞。

  另一个CRISPR治疗方法面临的问题是,任何基因编辑的细胞最终可能会死掉,因而病人可能需要多次治疗。研究人员利用基因转移和编辑的方法也都受到了病毒载体可以携带多少DNA有所限制的阻碍。

  所以结论是什么?

  基因治疗仍然只是被CRISPR刺激着,部分原因是,与转基因相比,它可以解决更多的遗传疾病,其中包括某些免疫性疾病。其他如镰状细胞病等情况,病人都无法完全康复,除非他们的细胞不再产生有缺陷的蛋白质,所以仅仅添加基因是不够的。Dunbar说:“它开辟了很多疾病的基因治疗,因为基因扩增不再凑效了。”

  20年之后再来回顾该领域的浮浮沉沉,基因治疗领域的“退伍军人”对 CRISPR的期望有所提高。“每当有一个新的技术,业界都是无比的兴奋,每个人都认为它一定能让明天更美好,”斯坦福大学 基因治疗研究者Mark Kay表示,“它还需要一些时间。”

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原文地址:http://tech.sina.com.cn/i/2016-06-18/doc-ifxtfrrf0582686.shtml

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