谁说基因不可以改变？Crispr 基因编辑技术或将应用于治疗血液疾病

编者按：本文作者 Nikhil Swaminathan 介绍了一种可能会成为治疗遗传性血液疾病的治疗方法——Crispr，通过基因编辑去除病变或者可能病变的基因，以达到治疗效果。

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在生物学里，Crispr 就是类似的存在。Crispr 基因编辑成本极低且使用简单，计划在不久的将来，会从实验室走向医疗领域。10月下旬，一个中国团队从肺癌患者的淋巴细胞中删除了一个基因，然后将编辑后的细胞注射回他的血液中。

但Crispr是否能有效运用到医学治疗当中尚无定论。科学家曾多次将基因编辑手段运用到治疗中，但只有少部分取得了明显进展——尤其当所治疗的疾病如癌症一样复杂的时候。遗传性血液疾病，如镰刀形红细胞贫血症和β地中海贫血是更好的基因治疗对象。

这些疾病治疗起来相对简单，可以作为更好的研究比较对象。以上两种并发症，是由一个基因位点的基因突变导致血红细胞功能紊乱，最终导致机体器官无法获得足够的氧气造成的。细胞在体内很难编辑，但假如是血液疾病，就简单得多：只要将血液细胞分离出来，治疗并将这些治疗处理后的血液细胞回输人体便可——更通俗的说法就是骨髓移植。

研究者已经在这些疾病上试用了多种基因编辑技术，他们希望其中至少有一种可以作为全美逾100，000名患者的标准治疗手段。但是如果你问一位该领域的专家，他／她多半都会选择Crispr。波士顿儿童医院的血液肿瘤专家Stuart Orkin说：“ Crispr领域正以光速发展，很多潜在问题都可以用Crispr解决，而且解决速度比其他手段更快。”

潜在的参赛者？

本月初，研究者报道了一件事，即利用Crispr编辑镰刀形红细胞贫血症患者的骨髓干细胞，然后将编辑后的细胞注射入小鼠体内，并观察编辑后的细胞存活时间。骨髓干细胞是造血细胞，它可以分化成包括红细胞在内的所有类型的血细胞。因此，编辑骨髓干细胞意味着分化出的红细胞将含有非致病基因的细胞。

4个月后，约有6%的小鼠骨髓里还有编辑后的细胞。这个数字是伯克利科学家实验结果的3倍。这些科学家在20多天前报道，经历同样多的时间后，只有2%的小鼠骨髓里还有编辑后的细胞。

与此同时，在10月底，来自东海岸耶鲁和卡内基梅隆的科学家发表了一项新的可供选择的基因编辑手段的结果，此手段无需移植。实验5个月后，他们在小鼠体内发现7%的人有经β地中海贫血突变细胞编辑后的骨髓干细胞。他们的方法是将β地中海贫血突变细胞与合成肽核酸（PNA）通过静脉注射入小鼠体内。

乍一看，这个似乎更可能成为可靠的基因治疗手段。首先，这项技术不需要切割基因，而切割往往会引发错误。耶鲁大学放射治疗学主任Peter Glazer介绍说，这项技术是将PNA和一小段DNA搭载在纳米粒子上送入细胞并修复突变。PNA与DNA互补聚合并形成一个需要修复的“坑”。然后细胞修复机制利用这段DNA来修复那个“坑”。

Crispr是利用Cas9酶定点切割目标段DNA并通过细胞的修复机制，利用科学家注入的临时DNA填充被切割的部分。Cas9较活跃，在切割完目标基因后，Cas9仍保留在体内，科学家担心误切到其他部分。同时，斯坦福和伯克利的研究都有报道，曾出现过切割后DNA后没有成功修复目标链的情况。这样的错误修复也许阻止了红细胞变为镰状，但可能造成红细胞功能紊乱，就好比为β地中海贫血患者输送镰状细胞。

光有编辑是不够的。能够正确编辑目标细胞是非常重要的。科学家担忧PNA不能编辑干细胞，因此细胞要分化成完全合格的血液细胞还需要很长时间。这就意味着任何疗效都是暂时的，所以如果将此方法用于人体治疗则需要定期进行静脉注射治疗。但如果采用Crispr，细胞会被提取出来在实验室治疗，这样就能确保干细胞的编辑。如果有Crispr研究团队能够使更高比例的干细胞存活于骨髓，一次治疗就可以完全治愈血液疾病了。

Crispr的王牌

斯坦福镰状细胞研究的带头儿科医生Matthew Porteus说，大多数科学家都认同，骨髓中至少需要10%的存活编辑，细胞才有临床治疗的意义。根据斯坦福的研究结果，伯克利的研究团队表示，这样的假设很快就可以被打破。Porteus说：“我们两个团队都展示出了蓝图，这有利于接下来的研究团队展开工作。”

基因编辑体系简单方便是其可以在实验室大量开展的原因之一。PNA则需要复杂的化学催化剂锌指核酸酶（ZFN），这在10年前是基因编辑的黄金准则。锌指有一对蛋白质结构域可以识别靶向结合DNA位点，从而分割出一段DNA链。ZFN的基因编辑效率和Crispr一样高，但是合成锌指需要花费数月的时间。UCLA Broad干细胞研究中心的Donald Kohn说：“合成一对质量高的锌指需要非常多的时间，但是任一家实验室一天就可以合成20份Crispr。”

这样的悬殊意味着当有关Crispr的问题出现时，全世界许多研究团队都可以成为解决者。同时耶鲁／卡内基梅隆团队可以说是唯一一队改善PNA技术的科学家团队，但这并不意味着他们就要放弃自己的研究。Porteus说：“以病人为出发点，我们需要研发不同的可替代疗法，因为在不远的将来，Crispr领域可能会出现我们无法解决的致命问题。”

但在我们遇到这个致命的问题之前，我们可以预见，患有遗传性血液疾病的病人可利用Crispr技术去掉他们基因中有害的变异，以实现治愈的效果。

翻译来自：虫洞翻翻      译者ID：YLS