盤點 | CRISPR的十大經典應用

魔剪CRISPR技術自問世以來就開創了屬於自己的時代，一時間其在醫學科研領域的應用可以說是百花齊放、碩果累累。誰料這個冠有科學界「大明星」之稱的CRISPR系統，近期也被Nature子刊爆料出，會在小鼠體內引起大規模「意外」脫靶效應。因而CRISPR技術到底是魔剪還是亂箭，一時間眾說紛紜。

顯然，很快劇情就發生反轉，目前已有兩家基因編輯公司Editas藥物和Intellia製藥的科學家們分別寫信給Nature雜誌編輯部，認為該論文因存在實驗設計、獲得數據以及結論都不夠科學（比如實驗中只涉及了三隻小鼠、一個sgRNA數據等）問題，要求將論文撤稿，並從科技文獻中刪除。但是Nature雜誌表示，該論文只是篇讀者來函，且已經經過同行評議，因而目前暫無撤稿決定。

由此可見，該篇論文對CRISPR的各種應用，尤其是臨床上的應用提出了尖銳的挑戰，同時也對正在應用CRISPR技術的研究者們敲了個警鐘：CRISPR是否真正安全，仍需要進行進一步探索和研究。然而，儘管目前CRISPR的臨床應用並不平坦，但是也不能否認CRISPR技術確實在用於疾病治療等方面上被寄予了厚望。Live Science網站就盤點了CRISPR系統在十種疾病中的經典應用。

1.癌症領域

由於在中國，人類基因編輯的規定法規管理比美國更為寬鬆，因而有關利用CRISPR技術治療癌症的一些早期工作已經在中國進行了。2016年10月，Nature雜誌報道，中國華西醫院的盧鈾教授團隊已開啟了全球首個CRISPR技術的人體應用，即從招募患者體內分離出T細胞，並利用CRISPR技術對胞內PD-1基因進行基因敲除，然後當T細胞擴增至一定量後，再回輸至患者體內，對腫瘤進行殺傷。

另外，關於將CRISPR技術應用於對抗癌症，Carl June博士的研究團隊也曾在2016年6月從美國國立衛生研究院獲得批准，將對18例身患黑素瘤晚期、肉瘤和骨髓癌的患者進行臨床試驗，期望能通過CRISPR技術對患者的自身免疫細胞的三個基因進行改變，進而將其回輸至患者體內來發揮抗腫瘤作用。

2.HIV

徹底根除艾滋病病毒（HIV）是一場艱苦的戰鬥。該病毒不僅能攻擊人體內的免疫細胞，且也是一個臭名昭著的突變體。當HIV劫持體內的免疫細胞並開始複製後，它會產生多種基因變異來逃避藥物治療。根據世界衛生組織(World Health Organization)的數據，這種耐藥性是治療HIV感染者的一個重大問題。

不過，CRISPR技術已經將攻克HIV這一事宜提上了日程。2017年5月，坦普爾大學(Temple University)和匹茲堡大學(University of Pittsburgh)的研究者們已通過CRISPR系統清除活體動物基因組的HIV DNA，進而關閉了病毒複製的能力。該研究也首次證明了CRISPR技術可在三種不同的動物模型中切斷HIV的複製和清除該病毒，其中一種動物模型是「人源化」老鼠，並發表了在Molecular Therapy期刊雜誌上。

3.亨廷頓氏舞蹈症

亨廷頓氏舞蹈症病(Huntington s disease)是一種家族顯性遺傳型疾病，是由基因突變或第四對染色體DNA的CAG三核苷酸重複序列過度擴張，而造成腦部神經細胞持續退化，可導致患者產生情緒波動、不可控的顫搐等癥狀。

而今年6月，CRISPR技術再次帶來了新的驚喜。科學家們在Journal of Clinical Investigation期刊上發表的論文中，發現在患有亨廷頓舞蹈症疾病模型的的小鼠中（9個月），CRISPR系統可對小鼠腦中產生毒性蛋白質聚集體的部分基因進行剪切，使得聚集的毒性蛋白在幾周內逐漸消失，儘管沒有達到對照小鼠的水平，但是疾病小鼠的運動能力的確有所改善。

因而，研究者們認為CRISPR系統有望逆轉亨廷頓氏疾病，並為神經退行性疾病的研究開闢一條全新道路，並期望能儘早開展人體試驗。另外，為了衡量基因編輯的安全問題，研究者也指出在將該方法應用於患者前，還需要對基因編輯的長期影響和安全性進行嚴格的測試。

4.杜氏肌萎縮症

杜氏肌營養不良症（DMD基因）是一種X染色體隱性遺傳疾病，主要發生於男孩，因dystrophin基因的突變可導致漸進性肌肉退化和身體虛弱的癥狀。

今年4月份，德州大學的研究者利用CRISPR - cpf1在實驗室里修復了人類細胞和小鼠體內導致杜氏肌營養不良症的突變。CRISPR - cpf1是CRISPR系統中的另一種很有潛力的工具，它與更常用的CRISPR - cas9不同，Cpf1比Cas9酶小很多，這就使之更容易包裝到病毒內，因此也更加容易進入肌細胞。另外，相比於Cas9酶，Cpf1也能識別出不同的DNA序列，這就為基因編輯提供了更大的靈活性。

5.預防失明

依據NIH的數據，兒童失明的最常見原因之一是一種名為Leber先天性黑內障的疾病，每10萬新生兒中有2至3人患有這種疾病。該遺傳性疾病是由至少14個負責正常視力的基因突變引起的。

馬薩諸塞州劍橋的生物技術公司Editas（由麻省理工學院的生物工程學張鋒教授共同創立）正致力於研發一種基於CRISPR的治療方法，來逆轉一種名為Leber先天性黑內障10型的疾病。生物科技新聞網站Xconomy報道，該公司計劃在2017年底前向FDA提交必要的文件，以啟動第一次針對該種疾病治療的人體試驗。

6.治療慢性疼痛

儘管慢性疼痛並不是遺傳疾病，但科學家仍在研究通過CRISPR來抑制背部和關節疼痛，如改變基因表達來減少炎症。正常情況下，機體炎症反應會啟動免疫系統來修復組織。但是慢性炎症卻恰恰相反，會破壞組織並最終導致疼痛。

2017年3月，由猶他大學生物工程助理教授 Robby Bowles的研究小組基於CRISPR-Cas表觀基因編輯技術，抑制炎性細胞因子受體（特別是TNFR1和IL1R1），即靶向作用於調節該受體基因的調節元件，抑制這些基因的表達，改變細胞對炎性環境作出反應，如阻止細胞死亡和抑制這些細胞釋放慢性疼痛分子，從而阻止慢性疼痛發生。

這項研究並非利用CRISPR系統來編輯或替換基因，相反，他們調節基因表達開啟和關閉的方式，從而讓細胞免受炎症以及阻止組織分解。

7.萊姆病（Lyme Disease）

萊姆病（Lyme Disease）是一種由蜱傳播的細菌引起的疾病，如果患者得不到及時的治療，感染會導致關節炎、神經疼痛、心悸、面部麻痹等問題。儘管該細菌是由蜱蟲叮咬傳給人類，但是蜱蟲本身並沒有細菌，只有在進食時從小白鼠身上攜帶細菌。

因而MIT的進化生物學家Kevin Esvelt想通過CRISPR系統對小白鼠的基因進行修飾，使其及其後代對該細菌產生免疫作用，並不能將該細菌傳給蜱蟲，進而來降低這種疾病的感染率。且依據the Cape God Times報道，2016年6月，Esvelt向馬薩諸塞州的楠塔基特島和瑪莎葡萄園島（萊姆病發病率高）的居民提出了他的解決方案。

8.瘧疾

每年都有成千上萬的人死於瘧疾。依據WHO統計的數據，2015年，大約有2.12億人感染瘧疾和大約42.9萬人死於瘧疾。為了解決這個問題，倫敦帝國學院的研究小組正致力於減少瘧疾傳播蚊子的數量。

其中，Austin Burt教授和Andrea Crisanti就將該研究項目分為兩個部分：對雄性蚊子的基因進行修飾，使其產生更多的雄性後代；對雌性蚊子的基因進行修飾，使其生育能力降低。2015年12月，該研究小組將論文發表在nature期刊雜誌上，並表示已經確定了三種減少雌性蚊子繁殖能力的基因，以及能通過CRISPR至少可以靶向其中的一個基因。

9.改善農作物

正如CRISPR可用來改變人類和動物的基因組一樣，它也可以對植物的基因組進行修改。研究者們正在研究如何利用該工具的基因編輯能力來減少某些農作物的疾病並使其生長的更加健壯。

據PhysOrg報道，英國Sainsbury實驗室的一位教授，他正在研究如何用CRISPR系統去除讓土豆和小麥容易患上疾病的基因。據Nature雜誌報道，紐約冷泉港實驗室的遺傳學家Zachary Lippman正在用CRISPR來培育番茄植株，使這些植物的枝幹可以用來承受成熟番茄的重量，而不會斷裂。

而Nature雜誌的另一篇文章也寫到，在加州一些實驗室正試圖利用CRISPR系統來處理一種柑橘類植物的植物疾病，而這種疾病是由在柑橘類植物中由昆蟲傳播的細菌引起的。

10.人類胚胎編輯

基於CRISPR的研究速度增長之快令人震驚，而當該技術涉及人類胚胎時，相關的人類研究便引起了政策制定者和利益相關者的一些擔憂。2017年2月，美國國家科學院、工程與醫學科學院的科學家們發布了一份人類基因編輯的評估報告。報告中指出人類胚胎編輯只有在某些條件下才是可以被接受的，比如只有在矯正疾病或改善殘疾而非提高一個人外貌或能力的前提下，改變胚胎、卵子和精子中細胞的行為，在道德上才是被允許的。

儘管美國科研者還沒有通過CRISPR技術來編輯人類胚胎，但中國廣州醫科大學的劉建橋教授的研究團隊則於2017年3月1日在Molecular Genetics and Genomics期刊雜誌上發表的論文表明，他們首次通過CRISPR對6個可移植人類胚胎進行基因編輯，並成功修復了其中三個胚胎內的遺傳變異。這項研究不僅推翻了之前CRISPR技術不能有效編輯人類胚胎的結論，更讓人類向「設計」出不會患某些遺傳性疾病的嬰兒邁出重要一步。

參考文獻：

1.https://www.livescience.com/59602-crispr-advances-gene-editing-field.html

2.https://unews.utah.edu/pain-in-the-neck/

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