【原】盘点 | CRISPR的十大经典应用

解螺旋 2020-08-27

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作者：子非鱼

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魔剪CRISPR技术自问世以来就开创了属于自己的时代，一时间其在医学科研领域的应用可以说是百花齐放、硕果累累。谁料这个冠有科学界“大明星”之称的CRISPR系统，近期也被Nature子刊爆料出，会在小鼠体内引起大规模“意外”脱靶效应。因而CRISPR技术到底是魔剪还是乱箭，一时间众说纷纭。

显然，很快剧情就发生反转，目前已有两家基因编辑公司Editas药物和Intellia制药的科学家们分别写信给Nature杂志编辑部，认为该论文因存在实验设计、获得数据以及结论都不够科学（比如实验中只涉及了三只小鼠、一个sgRNA数据等）问题，要求将论文撤稿，并从科技文献中删除。但是Nature杂志表示，该论文只是篇读者来函，且已经经过同行评议，因而目前暂无撤稿决定。

由此可见，该篇论文对CRISPR的各种应用，尤其是临床上的应用提出了尖锐的挑战，同时也对正在应用CRISPR技术的研究者们敲了个警钟：CRISPR是否真正安全，仍需要进行进一步探索和研究。然而，尽管目前CRISPR的临床应用并不平坦，但是也不能否认CRISPR技术确实在用于疾病治疗等方面上被寄予了厚望。Live Science网站就盘点了CRISPR系统在十种疾病中的经典应用。

1.癌症领域

由于在中国，人类基因编辑的规定法规管理比美国更为宽松，因而有关利用CRISPR技术治疗癌症的一些早期工作已经在中国进行了。2016年10月，Nature杂志报道，中国华西医院的卢铀教授团队已开启了全球首个CRISPR技术的人体应用，即从招募患者体内分离出T细胞，并利用CRISPR技术对胞内PD-1基因进行基因敲除，然后当T细胞扩增至一定量后，再回输至患者体内，对肿瘤进行杀伤。

另外，关于将CRISPR技术应用于对抗癌症，Carl June博士的研究团队也曾在2016年6月从美国国立卫生研究院获得批准，将对18例身患黑素瘤晚期、肉瘤和骨髓癌的患者进行临床试验，期望能通过CRISPR技术对患者的自身免疫细胞的三个基因进行改变，进而将其回输至患者体内来发挥抗肿瘤作用。

2.HIV

彻底根除艾滋病病毒（HIV）是一场艰苦的战斗。该病毒不仅能攻击人体内的免疫细胞，且也是一个臭名昭著的突变体。当HIV劫持体内的免疫细胞并开始复制后，它会产生多种基因变异来逃避药物治疗。根据世界卫生组织(World Health Organization)的数据，这种耐药性是治疗HIV感染者的一个重大问题。

不过，CRISPR技术已经将攻克HIV这一事宜提上了日程。2017年5月，坦普尔大学(Temple University)和匹兹堡大学(University of Pittsburgh)的研究者们已通过CRISPR系统清除活体动物基因组的HIV DNA，进而关闭了病毒复制的能力。该研究也首次证明了CRISPR技术可在三种不同的动物模型中切断HIV的复制和清除该病毒，其中一种动物模型是“人源化”老鼠，并发表了在Molecular Therapy期刊杂志上。

3.亨廷顿氏舞蹈症

亨廷顿氏舞蹈症病(Huntington ' s disease)是一种家族显性遗传型疾病，是由基因突变或第四对染色体DNA的CAG三核苷酸重复序列过度扩张，而造成脑部神经细胞持续退化，可导致患者产生情绪波动、不可控的颤搐等症状。

而今年6月，CRISPR技术再次带来了新的惊喜。科学家们在Journal of Clinical Investigation期刊上发表的论文中，发现在患有亨廷顿舞蹈症疾病模型的的小鼠中（9个月），CRISPR系统可对小鼠脑中产生毒性蛋白质聚集体的部分基因进行剪切，使得聚集的毒性蛋白在几周内逐渐消失，尽管没有达到对照小鼠的水平，但是疾病小鼠的运动能力的确有所改善。

因而，研究者们认为CRISPR系统有望逆转亨廷顿氏疾病，并为神经退行性疾病的研究开辟一条全新道路，并期望能尽早开展人体试验。另外，为了衡量基因编辑的安全问题，研究者也指出在将该方法应用于患者前，还需要对基因编辑的长期影响和安全性进行严格的测试。

4.杜氏肌萎缩症

杜氏肌营养不良症（DMD基因）是一种X染色体隐性遗传疾病，主要发生于男孩，因dystrophin基因的突变可导致渐进性肌肉退化和身体虚弱的症状。

今年4月份，德州大学的研究者利用CRISPR - cpf1在实验室里修复了人类细胞和小鼠体内导致杜氏肌营养不良症的突变。CRISPR - cpf1是CRISPR系统中的另一种很有潜力的工具，它与更常用的CRISPR - cas9不同，Cpf1比Cas9酶小很多，这就使之更容易包装到病毒内，因此也更加容易进入肌细胞。另外，相比于Cas9酶，Cpf1也能识别出不同的DNA序列，这就为基因编辑提供了更大的灵活性。

5.预防失明

依据NIH的数据，儿童失明的最常见原因之一是一种名为Leber先天性黑内障的疾病，每10万新生儿中有2至3人患有这种疾病。该遗传性疾病是由至少14个负责正常视力的基因突变引起的。

马萨诸塞州剑桥的生物技术公司Editas（由麻省理工学院的生物工程学张锋教授共同创立）正致力于研发一种基于CRISPR的治疗方法，来逆转一种名为Leber先天性黑内障10型的疾病。生物科技新闻网站Xconomy报道，该公司计划在2017年底前向FDA提交必要的文件，以启动第一次针对该种疾病治疗的人体试验。

6.治疗慢性疼痛

尽管慢性疼痛并不是遗传疾病，但科学家仍在研究通过CRISPR来抑制背部和关节疼痛，如改变基因表达来减少炎症。正常情况下，机体炎症反应会启动免疫系统来修复组织。但是慢性炎症却恰恰相反，会破坏组织并最终导致疼痛。

2017年3月，由犹他大学生物工程助理教授 Robby Bowles的研究小组基于CRISPR-Cas表观基因编辑技术，抑制炎性细胞因子受体（特别是TNFR1和IL1R1），即靶向作用于调节该受体基因的调节元件，抑制这些基因的表达，改变细胞对炎性环境作出反应，如阻止细胞死亡和抑制这些细胞释放慢性疼痛分子，从而阻止慢性疼痛发生。

这项研究并非利用CRISPR系统来编辑或替换基因，相反，他们调节基因表达开启和关闭的方式，从而让细胞免受炎症以及阻止组织分解。

7.莱姆病（Lyme Disease）

莱姆病（Lyme Disease）是一种由蜱传播的细菌引起的疾病，如果患者得不到及时的治疗，感染会导致关节炎、神经疼痛、心悸、面部麻痹等问题。尽管该细菌是由蜱虫叮咬传给人类，但是蜱虫本身并没有细菌，只有在进食时从小白鼠身上携带细菌。

因而MIT的进化生物学家Kevin Esvelt想通过CRISPR系统对小白鼠的基因进行修饰，使其及其后代对该细菌产生免疫作用，并不能将该细菌传给蜱虫，进而来降低这种疾病的感染率。且依据the Cape God Times报道，2016年6月，Esvelt向马萨诸塞州的楠塔基特岛和玛莎葡萄园岛（莱姆病发病率高）的居民提出了他的解决方案。

8.疟疾

每年都有成千上万的人死于疟疾。依据WHO统计的数据，2015年，大约有2.12亿人感染疟疾和大约42.9万人死于疟疾。为了解决这个问题，伦敦帝国学院的研究小组正致力于减少疟疾传播蚊子的数量。

其中，Austin Burt教授和Andrea Crisanti就将该研究项目分为两个部分：对雄性蚊子的基因进行修饰，使其产生更多的雄性后代；对雌性蚊子的基因进行修饰，使其生育能力降低。2015年12月，该研究小组将论文发表在nature期刊杂志上，并表示已经确定了三种减少雌性蚊子繁殖能力的基因，以及能通过CRISPR至少可以靶向其中的一个基因。

9.改善农作物

正如CRISPR可用来改变人类和动物的基因组一样，它也可以对植物的基因组进行修改。研究者们正在研究如何利用该工具的基因编辑能力来减少某些农作物的疾病并使其生长的更加健壮。

据PhysOrg报道，英国Sainsbury实验室的一位教授，他正在研究如何用CRISPR系统去除让土豆和小麦容易患上疾病的基因。据Nature杂志报道，纽约冷泉港实验室的遗传学家Zachary Lippman正在用CRISPR来培育番茄植株，使这些植物的枝干可以用来承受成熟番茄的重量，而不会断裂。

而Nature杂志的另一篇文章也写到，在加州一些实验室正试图利用CRISPR系统来处理一种柑橘类植物的植物疾病，而这种疾病是由在柑橘类植物中由昆虫传播的细菌引起的。

10.人类胚胎编辑

基于CRISPR的研究速度增长之快令人震惊，而当该技术涉及人类胚胎时，相关的人类研究便引起了政策制定者和利益相关者的一些担忧。2017年2月，美国国家科学院、工程与医学科学院的科学家们发布了一份人类基因编辑的评估报告。报告中指出人类胚胎编辑只有在某些条件下才是可以被接受的，比如只有在矫正疾病或改善残疾而非提高一个人外貌或能力的前提下，改变胚胎、卵子和精子中细胞的行为，在道德上才是被允许的。

尽管美国科研者还没有通过CRISPR技术来编辑人类胚胎，但中国广州医科大学的刘建桥教授的研究团队则于2017年3月1日在Molecular Genetics and Genomics期刊杂志上发表的论文表明，他们首次通过CRISPR对6个可移植人类胚胎进行基因编辑，并成功修复了其中三个胚胎内的遗传变异。这项研究不仅推翻了之前CRISPR技术不能有效编辑人类胚胎的结论，更让人类向“设计”出不会患某些遗传性疾病的婴儿迈出重要一步。