再来3篇Science!“魔剪CRISPR”年底再丰收,或治愈致死性遗传病
2016/01/05
2015年12月31日的《科学》(Science)杂志上,三个独立研究小组提供了初步的研究证据表明,通过编辑一个与肌肉功能相关的基因,修复杜氏肌营养不良症小鼠的一些肌肉功能,或可治愈这一遗传性疾病。


How CRISPR–Cas9 works

CRISPR入选2015十大科学突破、中山大学黄军就入选Nature2015年度人物,这些消息都再次证明了这一革命性的基因编辑工具在去年给科学界带来的巨大影响。对于编辑人类胚胎,从最初的震惊到在前段时间的国际人类基因编辑大会上达成的初步共识,CRISPR技术的2015年是突破的、进步的。

当然,不管是何种技术,能够最终应用于临床,帮助改善人类的健康肯定是再好不过了。对于这一点,CRISPR已经展露了它的实力。除了用于基础研究,CRISPR众多先驱纷纷成立公司致力于将该技术用于疾病治疗。先前,笔者在《CRISPR“三大先驱”的商业之路》一文中梳理了部分CRISPR相关公司的发展现状。


Editas CEO Katrine Bosley

其中,在临床实验上进展较快的应该属张锋与人联合创办的 Editas Medicine。去年11月,据MIT Technology Review网站报道,Editas的CEO Katrine Bosley 表示,公司计划在明年开启CRISPR治疗失明的临床试验。如果计划顺利,那么这项研究将是CRISPR编辑人类DNA的首例

2015年12月22日,CRISPR先驱者、加州大学伯克利分校的Jennifer A. Doudna在Nature上发表评论总结了她与CRISPR的2015年;同月,各大网站也相继总结了该技术在去年的一些突破进展。然而,抓住2015年的尾巴,“魔剪”CRISPR又取得了一项新的成就。

2015年12月31日,发表在《科学》杂志上的三项研究中,3个独立研究小组利用CRISPR技术删除了杜氏肌肉营养不良症(Duchenne muscular dystrophy,DMD)小鼠中的部分缺陷基因,使小鼠产生了一种必不可少的肌肉蛋白。这是CRISPR首次成功应用到患有遗传病的成年动物中。

DMD的危害性

DMD是一种随着年龄增长全身肌肉呈进行性消耗和运动功减退的致死性X-伴性隐性遗传性肌肉疾病。据悉,每3500个新生男婴里就有一名DMD患者,患儿3-4岁开始步态异常,10-12岁丧失行走能力,最高只能维持生命30年。

DMD是由于编码dystrophin蛋白的基因编码缺陷造成的。Dystrophin是一条长蛋白质链,由一个包含79个外显子的基因所编码。如果有任何一个外显子发生破坏性突变,这一蛋白质链就无法构建起来。


Dystrophin(浅绿色)在正常小鼠中(左);Dystrophin在DMD小鼠中(中);Dystrophin在经CRISPR/Cas9治疗的DMD小鼠中部分恢复(右)。

Dystrophin的作用是帮助强化和保护肌纤维,将肌纤维内部与其周围的支持结构绑定在一起。当机体不能产生dystrophin时,骨骼和心脏会退化。DMD主要影响男孩,患者最终通常需要坐在轮椅上,带上呼吸器。

目前,研究人员还没有开发出针对该疾病的有效疗法。研究表明,想要通过输入足够的muscle-building干细胞到正确的组织中来治疗该疾病是非常困难的。传统的基因疗法是使用病毒携带被破坏基因“好的版本”到细胞中,然而由于编码dystrophin的基因太大,这种疗法并不能替代完整dystrophin基因的功能。尽管科学家们也在尝试其它的方法,但是都没有看到治愈的希望。然而,明星技术CRISPR似乎有望为DMD患者带来新的希望。

CRISPR为DMD患者带来新希望


图片来源:GEN

2014年8月14日,发表在《科学》杂志上的一项研究中,研究人员发现,通过CRISPR技术能够修复小鼠胚胎中有缺陷的dystrophin基因。但是,将该技术用于治疗已经患有DMD的病人身上似乎不切实际,因为成年人中成熟的肌肉细胞通常是不分裂的,因此,并不具备必要的DNA修复机制。然而,CRISPR技术 还能够被用于剪断有缺陷的外显子,从而使细胞的“阅读机制”产生一个缩小版的dystrophin。

在其中一项研究中,德克萨斯大学西南医学中心Eric Olson小组的研究人员利用腺病毒(AAV9)和CRISPR技术删除了有缺陷的外显子。在治疗组中,科学家们将CRISPR-ferrying的病毒直接注射到小鼠的肌肉或血液中,心脏和骨骼肌细胞产生了缩短版的dystrophin。与未治疗组相比,CRISPR治疗的小鼠在肌肉强度测试中表现的更好。

另外2篇报道了相同研究结果的论文中,由杜克大学生物医学工程师Charles Gersbach领导的研究小组以及哈佛大学Amy Wagers领导的研究小组都与CRISPR先驱张锋有合作关系。

杜克大学的研究中,科学家们用CRISPR删除出现突变的23号外显子,并引发机体自动“缝合”剩下的蛋白编码区域,制造出缩短但仍能发挥作用的新版本抗肌萎缩蛋白。哈佛大学的研究中,科学家们也利用CRISPR 和 AAV9删除了23号外显子,发现相似地修复作用。

值得注意的是,这项基于CRISPR的疗法的准确性也是令人放心的。三个研究小组都没有发现脱靶效应的太多证据。Amy Wagers的研究小组还发现,肌肉干细胞中的dystrophin基因也被修复了。Wagers说:“这是非常重要的。因为随着成熟肌细胞的退化,CRISPR的治疗作用可能会逐渐消退。”

杜克大学的生物医学工程师Charles Gersbach说:“尽管将这种疗法转化到人体中还需要做大量的工作,但是第一批试验的结果是令人兴奋的。”如果能够安全有效地用于DMD患者的治疗中,那么CRISPR或将帮助开发首个基于基因编辑的、用于治疗人类致死性疾病的疗法。

备注:本文部分内容参考自中国科学报(赵熙熙 )、生物通(何嫱)。

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