投資者開始蜂擁的CRISPR基因編輯，並沒有那麼美好

日前，科學家齊聚華盛頓哥倫比亞特區，進行一年一度的基因治療學術研討——一個長期處於困境的技術，近年來因一連串在小型臨床試驗中有前景的結果而獲得學術界的關注。現在，許多人認為強大的新基因編輯技術CRISPR將成為基因治療的新勢力。但是，CRISPR真的準備好開啟基因編輯的黃金年代了嗎？《科學》雜誌對其優勢與風險做了一次探討。

CRISPR的工作原理是什麼？

對於這個問題，雷鋒網已經做過科普，在這裡不妨再解釋一次。傳統的基因治療通過蠻力進行的基因轉移方法來起到作用。一種無害的病毒，或其他形式的所謂帶菌者，載著良好的基因複製進入細胞，這段基因複製可以彌補引起疾病的缺陷基因。但是，CRISPR可以通過刪掉病變DNA，並用正確的序列取而代之，實現直接修復有缺陷的基因的效果。原則上，這應該比添加新基因更有效，因為它消除了外源基因落在細胞中染色體組的錯誤地方，反而引發癌症基因的風險。而一段經過CRISPR技術修復的基因能夠很好地控制，因此細胞不會過多或過少地產生蛋白質產品。

CRISPR目前得到了怎樣的發展？

研究者都發表了一些利用CRISPR來治療動物遺傳性肝病和肌肉萎縮症 的成功案例，而在今年的美國基因與細胞治療學會(ASGCT)上，也有更多類似的臨床案例。圍繞CRISPR的熱門話題越來越多。在今年的會議上，CRISPR相關的摘要有93個，相比較之下，去年只有33個。更有甚者，投資者都蜂擁而進CRISPR。愛迪塔斯醫藥公司(Editas Medicine)、基因改造公司Intellia Therapeutics、基因剪輯初創公司Crispr Therapeutics——三大基因編輯初創企業到目前為止已經獲得了數億美元的投資。

那為什麼說CRISPR並未準備就緒？

距離能夠安全有效地修復，而不只是破壞基因，CRISPR還有很長的路要走。對於大多數疾病尤是如此，比如肌肉萎縮症 、囊腫性纖維化，它們都需要活體糾正基因，才能根除，因為假如細胞先刪除並修復然後放回，很少能夠繼續存活的。而細胞需要在活體治療的基本要求意味著，基因編輯面臨的傳輸困難與轉錄相當——研究人員必須制定有效的方法，來得到一個有效的特定組織的CRISPR療法。

CRISPR本身也存在安全風險。提出最多的是，CRISPR用來在特定位置剪切DNA的工具Cas9酶，也有可能致癌。

看到這些，那我們還需要CRISPR嗎？

到目前為止，一些疾病的常規基因治療，用上CRISPR都可能是沒有意義的重新開始。在歐洲，基因療法已經批准了應用在罕見的代謝疾病，監管機構將批准第二個免疫功能紊亂疾病的基因療法，其稱為重症聯合免疫缺陷(SCID)。在美國，一家公司預計今年申請利用基因轉移治療一種導致兒童失明的疾病，稱為萊伯氏先天性黑蒙(LCA)。

在ASGCT上，研究人員與藍鳥生物科技公司(Bluebird Bio)合作，呈現一些後期試驗的臨時數據，說明基因擴增可以停止腦罹的惡化，最終結果可能有助於為獲得監管部門的批准鋪平道路。

除了LCA這樣需要直接將基因攜帶病毒注入眼球，這些疾病都需要通過去除病人的骨髓細胞來治療，並且給細胞植入新的DNA序列。新近一些的，通過對幾個免疫缺陷疾病的病人的早期試驗發現，更安全的病毒載體已經降低了罹患白血病的風險。加州大學洛杉磯分校Donald Kohn表示，研究人員似乎看到了「優秀的臨床反應」。

儘管Kohn和其他研究者使用一個老式的基因編輯工具——鋅指核酸酶技術修復缺陷基因導致的鐮狀細胞疾病，和一種SCID，但只有一小部分未成熟的血細胞需要這樣的治療，直到基因修正工作結束，遠遠低於新標準的基因轉移方法。原因之一是原始血液細胞不分裂。因為對很多疾病來說，CRISPR這樣的基因編輯方法遠沒有基因擴增湊效。義大利米蘭的聖拉斐爾特里松基因療法研究院Luigi Naldini表示：「我認為還沒有一個強有力的理由去切換成基因編輯的方式。」

CRISPR還存在其他問題

利用CRISPR來剪出基因的一部分——不正確的序列——是相對容易的。事實上，這個策略已經被臨床用於鋅指核酸酶在抗擊艾滋病毒感染的測試上。在這個治療方案中，核酸酶被用於敲除血液細胞中一個叫做CCR5受體的基因，這段基因是艾滋病毒得以進入細胞的。

但當CRISPR利用一系列DNA來修復基因時，它不只是剪掉一些，其效果並不是很好。這是因為細胞必須使用同源介導(HDR)的修復過程，只有這樣基因還能在細胞中保持活躍。然而不幸的是，大多數體內細胞——肝臟、神經、肌肉、眼睛、血液幹細胞，都是不正常分裂。因此，「敲除一段基因比敲入一段基因並糾正一個突變簡單得多，」ASGCT候任主席Cynthia Dunbar表示。

研究者正想辦法繞開這個限制。張鋒表示，HDR的基因存在於所有細胞，問題是如何激活它們，也許可以通過向某些細胞添加藥物。另一個途徑是尋找Cas9系統的替代品，這個替代品可以不要依賴HDR過程。

但HDR在大多數細胞的低效，是臨床中CRISPR的首次使用可能涉及的是擾亂基因，而不是修復基因的原因。

CRISPR仍然有很大的安全風險

CRISPR技術被討論最多的安全風險是Cas9酶，是用於剪切特定DNA序列的工具，但也會削減染色體組的其他部分，並可能因此導致突變，提高癌症的風險。研究者當務之急是讓CRISPR剪切更加精準。

但這還不是唯一的風險。儘管在培養皿中將CRISPR的部件植入細胞的蛋白質或是RNA，研究人員通常只能在體內組織開展工作才能成功，通過使用病毒載體來傳送Cas9的DNA進入細胞。這意味著，即使Cas9能夠精準剪切，細胞也會排斥它。張鋒表示，「酶的成功使用還需要10-20年。」

而張鋒指出，這也許不是真正的問題。他的團隊創造了一個攜帶Cas9的老鼠株，所以它意味著酶將存在於所有細胞動物的一生當中。即使這些老鼠經過20代雜交，「似乎」也沒有明顯的不正常健康現象。照樣地，「最理想的情況是，我們想切斷酶的作用。」也就是說，研究員需要找到用病毒作為載體的方法讓Cas9進入細胞。

另一個CRISPR治療方法面臨的問題是，任何基因編輯的細胞最終可能會死掉，因而病人可能需要多次治療。研究人員利用基因轉移和編輯的方法也都受到了病毒載體可以攜帶多少DNA有所限制的阻礙。

所以結論是什麼？

基因治療仍然只是被CRISPR刺激著，部分原因是，與轉基因相比，它可以解決更多的遺傳疾病，其中包括某些免疫性疾病。其他如鐮狀細胞病等情況，病人都無法完全康復，除非他們的細胞不再產生有缺陷的蛋白質，所以僅僅添加基因是不夠的。Dunbar說：「它開闢了很多疾病的基因治療，因為基因擴增不再湊效了。」

20年之後再來回顧該領域的浮浮沉沉，基因治療領域的「退伍軍人」對 CRISPR的期望有所提高。「每當有一個新的技術，業界都是無比的興奮，每個人都認為它一定能讓明天更美好，」斯坦福大學 基因治療研究者Mark Kay表示，「它還需要一些時間。」

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