作者:宗华 来源:中国科学报 发布时间:2016/5/12 8:18:32
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用CRISPR治病尚需时日
《科学》杂志详述一项新基因治疗技术的前景与风险

 

无论何时出现了新技术,总会有很多人为之兴奋,但实际上,这肯定需要一段时间。

在利用CRISPR修复病人体内的基因之前,研究人员仍有很长的路要走。图片来源:iStock

近日,科学家在美国华盛顿聚集,参加一场专注于基因治疗的年度会议。基因治疗是一个长期处于挣扎中的领域,最近因在小型临床试验中取得的一系列颇有前景的成果而重新赢得尊敬。如今,很多人相信,一种名为CRISPR的强大的新基因编辑技术,将加入到势头越来越猛的基因治疗大军中。

不过,CRISPR真的作好准备了吗?《科学》杂志日前就这项新技术的前景和风险进行了探究。

关注度日益增加

传统基因治疗通过一种相对“蛮力”的基因转移方法发挥作用。一种无害的病毒或者一些其他形式的载体,将某个基因的良好拷贝运送进细胞中。该拷贝能弥补正引发疾病的有缺陷基因。不过,CRISPR可通过剪下坏DNA并用正确的序列替换它,直接修复有缺陷基因。原则上,这应当比添加新的基因起到更好的作用,因为它排除了外来基因在细胞基因组中的错误地方“着陆”并且开启癌症基因的风险。通过CRISPR修复的基因将处于该基因天然启动子的控制之下,因此细胞产生的蛋白产物不会过多或太少。

研究人员发布了一些利用CRISPR治疗患有遗传性肝脏疾病和肌肉萎缩症动物的成功案例。同时,在此次美国基因和细胞治疗学会(ASGCT)年会上,出现了更多此类临床前报告。围绕CRISPR而起的讨论日益增加。今年的ASGCT会议有93篇关于CRISPR的摘要(共768篇),而去年仅有33篇。更重要的是,投资者正涌向CRISPR领域。3家初创公司——Editas医药公司、Intellia治疗公司和CRISPR治疗公司已经吸引了数亿美元投资。

不过,在被安全、有效地用于修复人类基因前,CRISPR仍有很长的路要走。这对于诸如肌肉萎缩症和囊胞性纤维症等大多数疾病来说尤其如此。这些疾病需要在活着的人体内矫正基因,因为如果细胞首先被移除、修复然后再放回去,很少有细胞能存活下来。在体内治疗细胞的需求意味着,基因编辑和基因转移一样,在运送细胞上面临着很多相同的挑战。比如,研究人员必须设计出有效的方法,使正在工作的CRISPR进入人体特定组织。

CRISPR还会带来安全风险。大多数经常提及的问题是,被CRISPR用来断开特定位置DNA的Cas9酶也会在意料之外的地方进行剪切,从而可能导致癌症。

离临床更进一步

有了这些告诫,人们还需要CRISPR吗?

在基因疗法已获批用于一种罕见代谢障碍的欧洲,监管者正准备批准第二种基因疗法,用于一种被称为重症综合性免疫缺陷(SCID)的免疫疾病。在美国,一家公司今年有望获得批准,推出针对一种名为莱伯先天性黑朦(LCA)的儿童盲眼症的基因转移疗法。

在ASCGT会议上,同蓝鸟生物公司合作的研究人员展示了一项后期试验的临时数据。结果表明,基因添加可阻止一种毁灭性儿童神经系统疾病——肾上腺脑白质营养不良症的恶化。最终结果将为获得监管机构的批准奠定基础。蓝鸟公司还报告了利用基因转移治疗两种血液疾病——镰状细胞疾病和β-地中海贫血症的试验,从而使这些疗法离临床更进一步。

在治疗LCA时,携带基因的病毒被直接注射进眼睛。除此以外,这些疾病都是这样被治疗的:移除患者体内的骨髓细胞,将基因添加到细胞中然后重新将细胞注射进患者体内。在一些针对免疫缺陷疾病的早期试验中,更加安全的新病毒载体已减少了在一部分病人中出现的白血病风险。来自加州大学洛杉矶分校的Donald Kohn表示,研究人员正在寻求“极佳的临床反应”。

尽管Kohn和其他研究人员已利用一种更加老式的基因编辑工具——锌指核酸酶在一个培养皿的细胞中修复了导致镰状细胞疾病和一种SCID的有缺陷基因,但只有一小部分未成熟血细胞的基因最终得以修正,远低于如今的标准基因转移法所修改的基因比例。一个原因在于原始血液细胞不会分裂太多。来自意大利米兰拉菲尔募捐基因治疗研究所的Luigi Naldini表示,由于诸如CRISPR等基因编辑方法的效率要比基因添加低很多,因此,对于一些疾病来说,“我认为从基因转换改为编辑并不存在强有力的理由”。

仍存其他问题

利用CRISPR剪掉某个基因的一部分而不是修正序列要相对容易。事实上,该策略已在一项阻止艾滋病病毒(HIV)感染的临床努力中得到测验,并且利用的是锌指核酸酶。在这种治疗方法中,核酸酶被用于敲除血液细胞中一个名为CCR5的受体基因。HIV利用该受体进入细胞。

不过,当CRISPR被用于修正某个基因,而不仅仅是剪掉一些DNA时,它并不能很好地发挥作用。这是因为细胞必须利用一个被称为同源重组修复(HDR)的过程编辑DNA,而其只在分裂细胞中活跃。不幸的是体内大多数细胞通常并不会分裂。出于这一原因,ASGCT主席、美国国家心肺血液研究所基因治疗研究人员Cynthia Dunbar认为,“敲除基因要比敲入基因并修正突变简单很多。”

研究人员正致力于提出突破这一限制的方法。来自马萨诸塞州布罗德研究所的CRISPR 研究人员Feng Zhang介绍说,针对HDR的基因存在于所有细胞中,问题在于如何将它们开启。这或许可通过将一些药物添加到细胞中,另一种方法则是寻找可替代Cas9系统、不依赖于HDR过程的方案。

未来任重道远

关于CRISPR,讨论最多的安全风险是被期望剪下特定DNA序列的Cas9酶还将删减基因组的其他部分,而这会带来增加患癌风险的突变。研究人员正在迅速行动,让CRISPR变得更具针对性。例如,今年1月,一家实验室描述了对Cas9进行的可大幅减少脱靶效应的调整。在4月出版的《自然》杂志上,另一个团队展示了如何让这种酶在置换单个DNA碱基上更有效率。

不过,剪切直接导致的脱靶并非唯一的担忧。尽管将CRISPR的“组件”作为蛋白或RNA运送进培养皿的细胞中是可行的,但迄今为止,研究人员通常只能利用病毒载体将针对Cas9的DNA运送到细胞中,从而使其在体内的组织中发挥作用。然而,Zhang介绍说,“在10~20年的时间里,这种酶仍将在那里徘徊。”这导致即便是针对性很强的Cas9,也会继续进行脱靶剪切,而身体也将增加对这种酶的免疫反应。

如今,基因疗法的专家仍对CRISPR保持着兴奋,部分原因在于它能比基因转移法治疗更多遗传性疾病。其中包括一些被修复的蛋白数量必须得到精确控制的免疫疾病。在其他情况下,比如镰状细胞疾病,病人将不会痊愈,除非细胞不再产生有缺陷蛋白。因此,仅添加某个基因是不够的。

在看到自己的领域起起伏伏20多年后,基因治疗领域的“老兵们”对利用CRISPR治疗疾病的期望仍持谨慎态度。“无论何时出现了新技术,总会有很多人为之兴奋。每个人都会觉得,它已作好了明天就能治愈病人的准备。”斯坦福大学基因治疗研究人员Mark Kay表示,“但实际上,这肯定需要一段时间。”(宗华)

《中国科学报》 (2016-05-12 第3版 国际)
 
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