盘点：Science长文探讨CRISPR在基因治疗中的前景与风险

上周科学家们聚集在美国华盛顿召开了基因编辑年度会议，基因编辑领域目前进展火热，在一些小型的临床试验中大放异彩，展现出非常好的应用前景。现在许多人认为CRISPR这种强大的基因编辑技术将会大大推动基因治疗的发展。但是CRISPR技术真的已经为基因治疗做好准备了吗？Science杂志对该技术的前景和风险进行了报道。

CRISPR如何发挥作用？

传统的基因治疗利用相对暴力的方法进行基因导入：利用无害病毒或其他载体形式将正常的基因拷贝导入到细胞内，用以替换引起疾病的缺陷基因。但是CRISPR能够通过切除损伤DNA，用正确的基因序列进行替换从而直接修正缺陷基因。理论上来说，这种方法要好于导入新基因，因为CRISPR方法消除了外源基因插入到错误位置并开启癌基因所带来的风险。并且CRISPR修正之后的基因仍然受到基因本身启动子的调控，因此细胞内的蛋白质产物不会出现异常增多或减少的情况。

到目前为止CRISPR技术进展如何？

利用CRISPR技术在动物模型上进行遗传性肝病和肌肉萎缩症的治疗已经取得了成功，上周召开的美国基因和细胞治疗学会年会报告了更多的临床前研究结果。CRISPR技术的应用越来越广泛。今年的会议共包含93篇关于CRISPR技术的摘要（总共有768篇摘要），而去年只有33篇。除此之外，投资者们也正在涌入CRISPR领域。Editas Medicine, Intellia Therapeutics以及CRISPR Therapeutics三家创业公司已经吸引到了几亿美元的投资。

既然这样，为什么说CRISPR还没有做好准备？

在CRISPR能够安全有效地进行人类基因修正之前，仍然有很长的道路要走，对于大多数需要进行基因修正的疾病来说尤其如此，比如肌肉萎缩症和囊性纤维化，一旦细胞被取出进行修正再将其放回体内，几乎无法存活。那就需要在体内环境下完成细胞治疗，这样的需求意味着基因编辑与基因导入面临同样的挑战——比如研究人员必须通过有效方式将具备功能的CRISPR运送到特定组织。

CRISPR同时也存在自身的安全性问题。提及最多的就是CRISPR技术中用于特定位点DNA剪切的Cas9酶存在脱靶问题，这可能导致癌症的发生。

既然存在这些潜在问题，是否还需要CRISPR？

治疗某些疾病的传统基因治疗方法目前来说进展不错，没必要使用CRISPR技术重来一遍。在欧洲，一项基因治疗方法已经得到批准用于治疗一种罕见的代谢紊乱症，监管者也正在批准另外一项治疗腺苷脱氨酶-重症联合免疫缺陷（SCID）的基因治疗方法；在美国，今年有一家公司也正在积极地进行莱伯先天性黑朦的基因导入疗法的审批。

除此之外，还有其他一些研究也在传统基因治疗方法用于人类疾病治疗方面取得了重要进展，并且已经进入临床试验阶段。在一些免疫缺陷疾病的治疗过程中，需要从病人体内获得骨髓细胞，将基因导入到细胞中，再将改造后的细胞重新输送到病人体内。现在新的安全性更高的病毒载体大大降低了临床治疗过程中部分病人的白血病发病风险。研究人员也观察到了一些非常好的临床效果。

虽然来自加州大学洛杉矶分校的Donald Kohn以及其他研究人员使用一种相对较老的基因编辑工具——锌指核酸酶进行缺陷基因的修正，在体外培养的细胞中实现了对治疗镰刀形贫血和一种SCID的治疗，但只能获得少量经过基因修正的未成熟血细胞，而通过标准基因导入方法获得的细胞会更多。其中一个原因在于原始血细胞的分裂能力不强。对于一些疾病来说，类似CRISPR这样的基因编辑方法效率远低于基因导入方法。因此有专家表示，似乎没有什么特别充分的理由需要使用基因编辑。

CRISPR还存在其他问题

使用CRISPR切除部分基因——不是进行序列修正——相对容易。实际上，在一项针对阻止HIV感染的临床试验中，已经用锌指核酸酶对这一策略进行了验证。

但是当CRISPR用于修正基因，而非切除部分DNA，效果并不理想。这是由于细胞必须通过同源性重组修正过程进行DNA编辑，而这一过程仅在分裂细胞中保持活跃。不幸的是，身体绝大多数细胞在正常情况下不会发生分裂过程。

研究人员正在努力寻找方法克服这一问题。同源重组修正所需要的基因在所有细胞中都存在，关键问题在于如何将其开启，比如使用一些特定药物或者找到不依赖于同源重组修正过程的Cas9替代分子。

除此之外，多数细胞中同源重组修复发生率很低，因此CRISPR在临床上的首次应用很可能是破坏基因而非修正。

CRISPR还存在一些较大的安全风险

关于CRISPR 方法提及最多的就是Cas9酶，Cas9是进行特定DNA序列剪切的工具，但是也存在对基因组其他部分进行剪切的情况，这可能导致突变并增加癌症风险。研究人员正在努力提高CRISPR的特异性。

但是脱靶剪切不是科学家们唯一的担心。现在研究人员普遍通过病毒载体将表达Cas9的基因导入组织细胞，这也就意味着即使Cas9能够进行精确剪切，在执行完成功能后，细胞仍然会继续产生这种蛋白。在这种情况下，即使是特异性非常高的Cas9也可能出现脱靶，机体可能产生免疫应答。

当然这可能也并不是一个真正的难题。张锋的研究团队开发了一种小鼠模型，这种小鼠从出生就表达Cas9，并随时保持开启状态，因此这种小鼠的一生中，所有细胞都表达这种酶。他们发现即使进行很多代繁殖，这些小鼠仍然看不到明显的健康异常。当然，人们还是希望能够关闭Cas9酶。这就意味着需要找到其他非病毒输送方法，比如利用脂质体或纳米颗粒，然而这是生物学家们一直面临的难题。

其他传统基因疗法面对的难题也是CRISPR前进的障碍。任何基因编辑后的细胞最终都会发生死亡，病人可能需要进行多次治疗，这同时取决于不同疾病。除此之外研究人员使用基因导入和基因编辑方法还受到病毒载体携带DNA能力的限制。现在CRISPR研究者经常必须使用两种不同病毒将CRISPR成分导入细胞，效率低于单个载体。

底线是什么？

基因治疗学家仍然为CRISPR技术的出现感到兴奋，部分原因在于相比于基因导入方法，它能够克服更多遗传疾病。其中包括一些修正之后的蛋白表达量需要得到精确调控的特定免疫疾病。在另外一些情况下，比如镰刀形贫血，病人只有在自身细胞能够合成正常蛋白的时候，才会完全康复，仅仅导入一个基因是不够的。专家表示，CRISPR为更多疾病开辟了基因治疗的窗口。

基因治疗领域的老兵们看过了该领域二十多年沉浮，仍然对CRISPR在疾病治疗方面燃起的希望保持警惕。斯坦福大学的基因治疗研究者Mark Kay这样说道：“任何一项新技术的出现，都会让大家感到兴奋，好像明天就可以用它来治愈病人，但实际上还需要很长时间。”

原始出处：

The gene editor CRISPR won’t fully fix sick people anytime soon. Here’s why