超熱門！進擊2018基因編輯CRISPR系統重磅研究盤點！

引言

基於CRISPR系統的基因編輯技術無疑是當前最熱門的領域之一，上頂級期刊頭條也是家常便飯，本文將盤點今年這個領域的重磅研究文章，為讀者梳理相關的知識要點。

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新一代基因編輯工具CRISPR/Cpf1

CRISPR/Cpf1基因編輯系統最早出現於2015年，與CRISPR/Cas9基因編輯系統相比，新的CRISPR/Cpf1基因編輯系統具有如下優勢，只需一個協助RNA分子，Cas9需要2個RNA分子協助，Cpf1（也稱作Cas12a）只需要一個RNA分子；Cpf1酶分子量比Cas9小，進入細胞更容易，編輯成功率會提高；Cpf1系統不同的識別序列令其基因編輯效果更好；剪切位置與Cas9不同，選擇餘地更大；產生黏性末端，便於新DNA序列插入。

1月，Cell發表張鋒關於第二類CRISPR-Cas系統CRISPR/Cpf1的綜述，介紹了新一代CRISPR基因組編輯系統，基於不同的效應蛋白家族，可以分為3種類型和9種亞型，其中譬如Cas9和Cas12a（Cpf1）。指出Cpf1系統更簡單一些，它只需要一條RNA。Cpf1酶也比標準SpCas9要小，使得它更易於傳送至細胞和組織內；Cpf1以一種不同於Cas9的方式切割DNA（DOI:10.1016/j.cell.2016.12.038）。

5月，Nucleic Acids Res發表上海生科院在Cpf1蛋白切割機理方面的研究，鑒定了Cpf1蛋白的精確切割位點，並基於該切割特性開發新的DNA無縫拼接方法（DOI:10.1093/nar/gkx018）。

6月，Nature發表哥本哈根大學論文，從結構上揭示CRISPR-Cpf1的DNA靶向機制，闡述了Cpf1的分子剪刀讓DNA解鏈並進行切割的分子機制，指出Cpf1的主要優勢在於它的高度特異性和DNA切割方式（DOI:10.1038/nature22398）。

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提升基因編輯工具效率和準確率

7月，Nature Medicine發表Broad研究院發表關於減少由人體遺傳變異導致CRISPR/Cas9基因編輯系統精度削弱的方法，可幫助研究人員設計出有效且安全的CRISPR療法（Doi:10.1038/nm.4377）。同月，Cell發表基於CHAMP（ChipHybridized Affinity Mapping Platform）基因測序技術平台的CRISPR編輯工具，其能夠通過個體的完整基因組來快速檢測CRISPR分子（DOI：10.1016/j.cell.2017.05.044）。

9月，Science論文提出改進Cas9的PAM序列，改善Cas9打開DNA雙螺旋以搜索基因的位置和頻率，使得Cas9更加快速地發現它們的靶序列，而且也會降低副作用產生的風險（DOI:10.1126/science.aah7084）。同月，Nature論文指出操縱Cas9的REC3結構域可大幅降低CRISPR-Cas9的脫靶效應 （DOI:10.1038/nature24268）。

11月，PNAS發表霍普金斯大學關於提高CRISPR/Cas9基因編輯效率的基因組規則，該對於人類基因編輯效率的提升具有重要指導意義。（DOI:10.1073/pnas.1711979114）。同月，Nat Commun提出一種新的方法可以使CRISPR基因編輯準確性高達98%，該方法採用RNA適配子（RNA aptamer）分子膠組裝一種完整的CRISPR修復工具包並將這種工具包運送DNA切割位點上（DOI:10.1038/s41467-017-01875-9）。

11月，Nature和Science發表新型DNA/RNA鹼基編輯器論文，提出可校正點突變的基因工具，該研究進一步擴大了CRISPR的使用範圍，開發出一種更加微妙的被稱作鹼基編輯（base editing）的方法來修復遺傳物質（DOI:10.1038/nature24644；DOI:10.1126/science.aaq0180）。

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精準多重基因編輯新工具eMAGE的提出

11月，Cell發表耶魯大學關於更加精確、高效的基因編輯技術，實現真核生物基因組多個位點上進行精確的基因修飾。不同於現有基於DNA雙鏈斷裂和重新修復的基因編輯技術，通過對酵母的DNA複製和修復功能進行改造，能夠在不發生雙鏈斷裂的情形下將新的遺傳信息插入到它的基因組多個不同區域中，從而開發出真核生物多重基因組工程工具（DOI:10.1016/j.cell.2017.10.034）。

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基於CRISPR/Cas9工具的單條染色體敲除技術

8月，MolecularTherapy發表採用澳大利達亞特萊特大學關於CRISPR/Cas9對小鼠完整染色體的清除技術（DOI:10.1016/j.ymthe.2017.05.021）。

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可靶向RNA編輯的CRISPR/Cas13工具

2月，Mol Cell論文闡述靶向RNA的CRISPR酶系統，研究發現了兩個利用Cas13b酶的新型的RNA靶向CRISPR系統，該酶系統具有靶向RNA的能力，可高通量地方式特異性地操縱RNA（DOI:10.1016/j.molcel.2016.12.023）。

6月，Cell發表中科院關於結構上揭示Cas13a切割RNA機制，這種crRNA-靶RNA雙鏈形成促進LbuCas13a的HEPN1結構域移向HEPN2結構域，從而激活LbuCas13a的HEPN催化位點，隨後LbuCas13a就以一種非特異性的方式切割單鏈靶RNA和其他的RNA（DOI:10.1016/j.cell.2017.06.050）。

9月，Nat Struct Mol Biol論文展示RNA靶向CRISPR酶Cas13a的作用機制，描述了Cas13a酶如何產生功能性crRNAs，以及在靶標RNA識別之前，其催化活性如何被封閉，這將有助於解析細菌免疫系統，以及臨床診斷治療（DOI:10.1038/nsmb.3466）。

10月，Nature發表MIT關於CRISPR–Cas13靶向哺乳動物細胞中的RNA的基因編輯工具，證實切割RNA的Cas13a酶（之前稱作C2c2）能夠特異性地降低哺乳動物細胞中的內源性RNA和報告RNA水平。研究指出Cas13a結合和切割單鏈RNA，並開發出可在哺乳動物細胞中發揮作用CRISPR-Cas13a的RNA編輯（DOI:10.1038/nature24049）。

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人類胚胎編輯

8月，Nature發表利用CRISPR/Cas9校正人胚胎中的致病性突變的研究，通過對活的人胚胎進行基因編輯，成功地校正導致心臟病的MYBPC3基因突變（DOI:10.1038/nature23305）。

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基因編輯技術用於幹細胞

7月，Cell Res發表中科院關於單鹼基基因編輯幹細胞進行可遺傳功能增強研究，利用基因編輯技術改寫了人類基因組遺傳密碼中NRF2編碼基因第2號外顯子上的單個鹼基，首次在實驗室中獲得了遺傳增強的「超級」幹細胞（DOI:10.1038/cr.2017.86）。

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基因編輯技術用於T細胞

3月，Nature發表斯隆凱特林癌症紀念中心利用CRISPR/Cas9構建強效CAR-T細胞的研究論文，證實CRISPR/Cas9技術能夠運送CAR基因到T細胞基因組中的特定位點上（DOI:10.1038/nature21405）。

11月，Blood發表英國卡迪夫大學關於利用CRISPR/Cas9替換T細胞受體產生優異的抗癌T細胞的研究（DOI:10.1182/blood-2017-05-787598）。

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基因編輯技術用於基因篩選

7月，Nature發表利用體內CRISPR-Cas9篩選技術發現新的藥物靶標來增強癌症免疫療法論文，揭示出新的藥物靶標，從而可能潛在地改進PD-1檢查點抑製劑的療效（DOI:10.1038/nature23270）。

10月，Nat Genet論文提出用於校正CRISPR癌症基因篩選中假陽性的方法（CERES），可有效限制篩查中的假陽性結果，可對彙集的CRISPR篩選數據進行拷貝數效應校正，並且針對癌細胞的基因依賴性提供給一種客觀的觀點（DOI:10.1038/ng.3984）。

11月，Nature論文指出CRISPR-Cas9技術可高效用於AML白血病的新藥物靶標的鑒定，利用CRISPR-Cas9基因編輯技術發現了哪些基因是AML細胞存活所必需的基因位點，從而作為新葯靶點（DOI:10.1038/nature24678）。

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基因編輯技術用於RNA檢測

4月，Science發表基於CRISPR/Cas13a基因編輯技術的的診斷平台，可檢測任何RNA分子，靈敏度增加一百萬倍。該技術是將一種靶向RNA（的CRISPR相關酶（Cas13a）改造為一種快速的、廉價的和高度靈敏的診斷工具，用作一種高度靈敏的檢測器（DOI:10.1126/science.aam9321）。

5月，Mol Cell發表加利福尼亞大學的關於可用於診斷的10種CRISPR酶（Cas13a突變體）的論文，研究發現了10個Cas13a樣蛋白具有不同程度的RNA切割能力（DOI:10.1016/j.molcel.2017.04.008）。

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基因編輯技術用於疾病治療研究

1月，Science Translational Medicine發表美國NIAID論文，採用CRISPR-Cas9基因編輯技術通過體外靶向和修復源自X連鎖慢性肉芽腫病患者體造血幹細胞中的缺陷基因（CYBB）（DOI: 10.1126/scitranslmed.aah3480）。

2月，Nature Communications發表韓國Institute for Basic Science動物實驗研究證據，研究結果顯示通過AAV運載到視網膜的CjCas9能夠有效抑制小鼠Hif1a和VEGF A基因的激活，減少脈絡膜新血管形成的面積（DOI: 10.1038/ncomms14500）。同月，Nature發表紀念斯隆—凱特琳癌症中心的論文，採用CRISPR-Cas9技術可以構建了更有效的CAR-T細胞，並在小鼠中增強了腫瘤抑制作用（DOI: 10.1126/scitranslmed.aah3480）。

3月，Nature Communications美國國立健康研究院動物實驗研究證據，採用腺病毒為載體的CRISPR/Cas9基因編輯系統，靶向敲除視網膜細胞Nrl基因，可有效緩解色素性視網膜炎視網膜退化（DOI: 10.1038/ncomms14716）。同月，Genome Res發表採用CRISPR-Cas9編輯技術組織視網膜疾病（DOI:10.1101/gr.219089.116）。而且在同一個月，Molecular Therapy發表美國天普大學動物實驗研究證據，在人源化小鼠HIV模型上證明多靶點/saCas9的腺病毒載體AAV-DJ8基因療法能有效剔除多個器官組織中的人類HIV潛伏感染病毒（DOI: 10.1016/j.ymthe.2017.03.012）。

4月，Science Advances發表德州大學論文，使用CRISPR-Cpf1基因編輯系統，在人類心肌細胞和動物模型中實現了杜氏肌營養不良突破基因的靶向和修復（DOI: 10.1126/sciadv.1602814）。

5月，Nature Biotechnology發表匹茲堡大學研究，利用病毒遞送CRISPR/Cas9基因編輯工靶向敲除融合基因的突變DNA序列，促使癌細胞死亡（DOI: 10.1038/nbt.3843）。

6月，JCI論文展示CRISPR/Cas9基因編輯技術治療亨廷頓舞蹈症的動物試驗證據（DOI:10.1172/JCI92087）。

8月，Molecular Therapy發表通過CRISPR/Cas9靶向CCR5基因次產生突變，並在體內產生HIV抵抗力的動物實驗研究（DOI:10.1016/j.ymthe.2017.04.027）。同月，Blood發表利用CRISPR引入有益的血紅蛋白突變基因，可治療危及生命的血液疾病（DOI: 10.1182/blood-2017-02-767400）。

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