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编者按： 异种器官移植为解决严重的供体器官短缺带来了希望。然而，感染性疾病传播的风险和动物组织的免疫排斥阻碍了该技术的发展。 最新的研究发现，应用CRISPR（成簇的规律间隔短回文重复序列）-Cas9基因编辑技术，可将人胚胎肾细胞被共培养的猪肾细胞释放的PERVs（内源性逆转录病毒，是嵌在细胞内基因组的病毒，在猪身体里面不会有毒性。但当猪的细胞和人的细胞接触时，这种病毒会从猪的基因组“跳”到人的基因组中）感染的风险降低三个数量级，为促进异种器官移植的发展带来巨大帮助。 应用CRISPR技术阻断猪细胞释放PREVs——工程器官移植技术 检索：陈文森 译者：张冰 徐州医科大学附属医院 审编：覃婷、周艳芝 器官移植是终末期器官衰竭（如肾，肝，心和肺部疾病）的救命疗法。但是也不尽如此。基础医学、转化医学和临床研究的成功为我们带来了另一个挑战，即供体器官短缺。 根据美国的器官共享联合网络的名单，目前美国有超过120000的患者在等待供体器官。他们将平均等待4到6年后才会接受到移植，假如这段期间患者不死亡的话：该名单上每天大约有22名患者死亡，还有更多的人因医疗原因被暂时取消或取消资格。此外，该名单大约每10分钟会增加一个新的患者，每年将增加约5000名。然而在同一时间段只会进行大约23000例移植手术。 这些严酷的现实推动着异种器官移植的发展，包括动物器官移植给人的研究。虽然对许多动物（从非人灵长类动物到鱼）进行了此类目的的研究，但是最实用的是猪，因为它是被驯化的动物并可以在无病原体的环境中繁殖，而且社会相对可以接受。 异种器官移植面临着两个主要的医学挑战：动物组织的免疫排斥和感染性疾病传播的风险，只有成功解决这两个挑战才能将异种器官移植推广应用。在应激环境中，猪细胞会释放猪内源性逆转录病毒（PERV），已证明该病毒可以感染人类细胞。目前尚没有人类感染的病例记录，但是只有极少数的病人，在成功进行功能性异种器官移植后能够存活足够长的时间以进行评估。自1995年确定感染的风险以来，此问题还没有得到有效的解决。 Yang等人最近的研究与这两个挑战相关。 使用一种称为CRISPR（成簇的规律间隔短回文重复序列）-Cas9系统的方法，裂解特定的靶DNA序列。他们应用基因工程技术，一步灭活超过60个拷贝的PERVs，从而使感染PERVs的风险降低了三个数量级（图1）。 Yang等人在逆转录病毒基因pol（构成内源性逆转录病毒的三种基因之一）中发现一段序列同样存在于PERVs；pol编码了一个逆转录酶（将病毒DNA转录成病毒RNA的酶），该基因的裂解会是病毒产物失活并阻止感染的可能。 通过CRISPR-Cas9的方法破坏猪肾细胞系中的pol，Yang等人证明62个活性PERVs被成功插入失活后，共培养的人胚胎肾细胞被PERVs感染的程度随之显著减少。 这些结果表明，CRISPR-Cas9系统具有同时使单个细胞中的多个基因失活的能力，对复杂基因疾病（例如癌症）的治疗有启示意义。基因工程的这一壮举对异种器官移植面临的另一挑战，机体对“异种抗原”的免疫应答所引发的器官排斥的风险也有作用。 当然，实现CRISPR-Cas9介导的基因修饰以获得临床益处还存在重要阻碍。 人体对猪组织排斥的分子机制尚不清楚，因此很难有把握设计一个靶向策略以消除排斥。如何向相关类型的细胞递送CRISPR-Cas9系统也是一个挑战。尽管有良好的靶细胞（一个细胞系）通路，Yang等人报告基因失活的整体疗效仅为20%~30%。pol基因高水平失活的细胞的纯化是必须的。 还有，脱靶效应（例如，非靶标基因的误失活）特别是在基因改造的动物中的脱靶效应，仍困扰着研究者。然而，CRISPR-Cas9技术仍发展迅速，并且新的科学实验报告让我们看到了高水平基因靶向特异性的希望。 总之，尽管应用CRISPR-Cas9基因工程技术的治疗效果越来越令人激动，然而在探索高效靶向特异性传送机制以及对疾病机制的理解方面仍然有大量的工作等待我们去完成（也就是说，哪些基因，在何种水平剪接哪些变体，哪些细胞器，哪些细胞类型以及哪些器官与特定的致病过程有关）。 如果我们对疾病的机制理解不够的话，基因工程的价值微乎其微。此外，虽然特定的基因会影响发病风险，但是许多疾病并没有实质性的遗传成分。所有的这些挑战在CRISPR-Cas9工程的治疗方案领域将如何展开尚未可知。 尽管如此，我们必须要承认，在一个单细胞中敲除60个不同拷贝的PERV产生的新猪品种可用于异种移植，并且病毒基因敲除后的猪细胞将PERVs传染给免疫力低下人群的风险会显著降低。 最初发现CRISPR-Cas9系统的作用是介导细菌的固有免疫（抵抗噬菌体或病毒对细菌的感染）。因此，我们还有必要进行反思，这是一个最基础的科学研究如何出乎意料地变革医学研究的很好的例子。 图1 基因工程和异种移植 猪细胞内源性逆转录病毒（PERVs）可以感染人类细胞，给异种移植带来风险（A）。Yang等人利用CRISPR（成簇的规律间隔短回文重复序列）-Cas9技术靶向定位猪基因组中62个活性PERV序列使其失活，并且观察到PERV的产生水平明显降低。理论上，这种方法可以用于转基因猪，以抑制PERVs的产生（B）。 |
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