測序周報·科研篇：CRISPR基因療法受阻，三家公司股票下跌，免疫系統或成最大「攔路虎」

本周關注

如果盤點一下生命科學近年來的大新聞，有一個詞是無論如何也繞不過去的，那就是「基因編輯」。其實早在30年前，科學家就已經成功在酵母細胞中完成了基因編輯，但直到「基因魔剪」——CRISPR技術的出現，人們才將更多的目光投向了基因編輯。CRISPR/Cas9技術自問世以來，就有著其它基因編輯技術無可比擬的優勢，技術不斷改進後，更被認為能夠在活細胞中最有效、最便捷地「編輯」任何基因。2015年，CRISPR-Cas9基因編輯技術被《科學》雜誌評選為年度突破技術。

作為最受歡迎的基因編輯技術，CRISPR/Cas9廣受學術科研人員、企業家、生物製藥業內人士的青睞，短短十年內，CRISPR已經炙手可熱，在基因遺傳病，癌症等的治療研究中取得了巨大的成功。而近日在發表的一篇文章，可能會讓CRISPR/Cas9的研究熱潮降溫。

近日，斯坦福大學Matthew H. Porteus教授團隊的一項研究發現，在70%的健康人體內發現了Cas9蛋白同源抗體，近半數人具有Cas9蛋白同源物的抗原特異性T細胞。這意味著，在大部分人體內原本就存在Cas9蛋白的體液免疫和細胞免疫，如果人們使用CIRSPR—Cas9進行治療，不僅實際應用效果將很難保證，甚至有可能引發嚴重的免疫反應。

該研究中，研究人員一共選取了22份臍帶血和12份健康成人血液，分析了兩種最常見的Cas9蛋白的免疫反應。令人吃驚的是實驗結果，在臍帶血中，79%具有SaCas9抗體（針對金黃色葡萄球菌Cas9），65%存在SpCas9抗體（針對化膿性鏈球菌Cas9）。而在進一步的研究中，研究人員在健康人體學一種，71%的也具有SaCas9抗體。這意味著：在患者接受治療時，身體的自然免疫反應會破壞基因療法，極大的降低CRISPR/Cas9基因療法的效果，並對接受治療的患者構成健康風險。

Cas9蛋白的免疫反應

科學家認為，因為兩種Case9蛋白源於最常見的人體致病菌株：葡萄球菌和鏈球菌。在日常生活中，部分人群可能已經被這些細菌感染並由免疫反應產生了抗體和T細胞。

目前世界範圍內已有多家企業針對性的研究基因編輯，可想而知，這篇僅發布了預印本的文章，短期內將會激起怎樣的驚濤駭浪。據了解，文章發表後，三大CRISPR生物技術公司的股票受到衝擊，CRISPR Therapeutics、Editas和Intellia三家公司的股票在周一開盤前便開始下跌，跌幅高達11.9％。但也有科學家表示沒必要驚慌，這不會是CRISPR技術的喪鐘，至少現在還不是。

目前的CRISPR/Cas9技術有體外和體內兩個編輯方向。在體外編輯時，一般使用電穿孔轉染將編輯系統引入細胞。而體內編輯則採用病毒載體或納米粒子包埋的方式進行。一般情況下，Cas9蛋白並不會直接接觸到相應的抗體。但現在這項研究表明，CRISPR基因療法必須克服人體自然免疫系統這一巨大壁壘。

Matthew H. Porteus教授

該研究的領導者、CRISPR Therapeutics公司創始人Porteus教授表示，他的研究團隊正在在尋找利用CRISPR基因療法治癒鐮狀細胞貧血病的方法，計劃在2018年底前向FDA提交臨床試驗申請，並於2019年開始臨床試驗。外界對於基因編輯可能出現的免疫反應很關心，為此，我們進行了這項研究，並發表了這篇文章，

我們並不認為用CRISPR技術來治療人類疾病是不可能的，或許我們可以尋找替代酶。我們需要看到更多的問題，才能使這個領域走得更長遠。

1月9日，Nature也對此項研究做出了評論，沒有參與這項研究的一些科學家也作出了回應，認為這一研究結果不太可能成為基因編輯領域快速發展的阻礙。

哈佛大學遺傳學家George Church認為，這是一個完全可以預見的結果，因為我們經常接觸到各種微生物，並會產生免疫反應。但這個問題有很多潛在的解決方法，比如簡單地使用其他來自人類不常見細菌的Cas9蛋白質，或者通過編輯身體外的細胞來避免，也可以開發新的遞送機制來保護CRISPR-Cas9系統，避免造成免疫應答。

麻省理工學院的Daniel Anderson表示，我們的身體對Cas9蛋白產生了免疫反應並不令人驚訝，目前並不清楚免疫反應會有多嚴重。在最壞的情況下，CRISPR治療也可能只是不起作用，並可能會引發患者發生嚴重的炎症，而另一種情況就是CRISPR治療效果幾乎不受影響。

斯克里普斯研究所的遺傳學家Eric Topol認為，實際上這篇論文對行業來說是一件好事，有助於早日知道CRISPR潛在的技術障礙。這強調了在臨床試驗中，篩選免疫應答，檢查抗體和T細胞反應的必要性。

任何一項新技術的誕生與完善，是一個不斷發現問題並解決問題的過程，並且都會經歷一個膨脹預期階段。在2018年，相信CRISPR基因編輯技術會不斷完善，研究的進行會比預期更複雜多變，尤其是在臨床試驗中。在這個過程中，需要科研人員冷靜與嚴謹的科研態度，認真對待試驗結果，不過分樂觀，也不過分沮喪。

參考文獻：

Biotech Stocks Drop After Troubling CRISPR Study, but Gene Editing Is Still the Future

How the immune system could stymie some CRISPR gene therapies

https://www.biorxiv.org/content/early/2018/01/05/243345

本周科研進展

1.2018年1月8日，加州大學舊金山分校、丹麥哥本哈根大學和南丹麥大學、英國帝國理工學院和里爾大學等機構在Nature Genetics同期發表三篇文章，顛覆了人們對初級纖毛的舊認識，證明除神經元之間的突觸化學或電溝通以外，長期不受重視的初級纖毛（primary cilia）化學信號對大腦平衡能量和攝食行為會產生非常重要的作用。

2. 美國時間1月11日，《細胞》雜誌2018年第一期刊登了中國農業科學院深圳農業基因組所研究員黃三文團隊、華中農業大學教授羅傑團隊及合作者在番茄風味品質研究中取得的重要突破，這標誌著我國科學家在番茄基因組研究領域實現國際領先。

3.中科院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心、神經科學國家重點實驗室楊輝研究組與蘇州非人靈長類研究平台孫強團隊合作，利用了一種以同源臂介導的末端接合（HMEJ）為基礎的基因敲入策略，在世界上首次獲得了基因敲入的食蟹猴。1月12日，這一重要研究成果以題為《運用CRISPR/Cas9編輯技術獲得基因敲入食蟹猴》在線發表於《細胞研究》期刊。

4.日前，一個擁有數千頭非洲犀牛DNA的基因資料庫已經能夠確保給偷獵者定罪，並且自從8年前成立以來，其帶來了更為嚴厲的刑事判決。然而，並不是所有的科學家都確信這項努力是值得的。在1月8日發表於《當代生物學》雜誌的一篇論文中，研究人員強調了這個資料庫，它已被應用於超過120個案例中。

5. 近日，中國水稻研究所種質創新課題組研究發現了一個控制水稻籽粒錳積累的主效數量性狀位點（QTL），並且創製了高錳低鎘水稻的優良育種材料。相關研究成果在線發表在《科學報告》上。

6. Ⅰ型糖尿病是一種自體免疫性疾病，患者自身免疫系統會錯誤攻擊並摧毀分泌胰島素的貝塔細胞，從而導致血糖水平升高。近日，發表在新一期美國《細胞—幹細胞》期刊上的研究揭示，一項新型胰腺內基因療法成功讓Ⅰ型糖尿病小鼠的血糖水平恢復正常並維持相當長的一段時間。該療法或具廣闊前景。

7. 美國癌症學會在新一期《臨床醫師癌症雜誌》上發表了2018年美國癌症統計報告。報告發現，美國癌症死亡率已從1991年的每10萬人中215.1人死亡，下降到了2015年的每10萬人中158.6人死亡，下降幅度達26％。相當於在此期間近240萬美國人避免了因癌症死亡。

8.近日，美國佛羅里達Moffitt癌症中心的一組研究人員發現，促結締組織增生性黑色素瘤其實能產生比以往認為的更強的抗PD-1/PD-L1治療療效。這一研究成果公布在1月10日的Nature雜誌上。

9. 近日，新加坡國立大學醫學實驗室副教授Matthew Chang團隊在Nature Biomedical Engineering發表文章，報道了一款「平民版」癌症雞尾酒療法：口服工程腸道細菌「尼氏大腸桿菌（E. coli Nissle，EcN）」益生菌和十字花科蔬菜，可以殺死結直腸癌細胞。

新發表文章

【植物】

1.Asymmetric transfer hydrogenation by synthetic catalysts in cancer cells. Nature Chemistry, Published online:08 January 2018; DOI: 10.1038/NCHEM.2918

【動物】

1. Nuclear, Cytosolic, and Surface-Localized Poly(A)-Binding Proteins of Plasmodium yoelii. mSphere, 2018; 3 (1): e00435-17 DOI: 10.1128/mSphere.00435-17

【微生物】

1.Gut microbiome modulates response to anti–PD-1 immunotherapy in melanoma patients,Science, 05 Jan 2018, DOI: 10.1126/science.aan4236

【腫瘤】

1.Prognostic Value of the Expression of DNA Repair–Related Biomarkers Mediated by Alcohol in Gastric Cancer Patients. The American Journal of Pathology, 2018; DOI: 10.1016/j.ajpath.2017.10.010

2.RYBP Is a K63-Ubiquitin-Chain-Binding Protein that Inhibits Homologous Recombination Repair. Cell Reports, 9 January 2018; 22 (2): 383 DOI:10.1016/j.celrep.2017.12.047

3.Genomic Correlates of Response to Immune Checkpoint Therapies in Clear Cell Renal Cell Carcinoma.Science, January 4 2018

4.RE: Long-term Safety of Pregnancy Following Breast Cancer According to Estrogen Receptor Status, JNCI: Journal of the National Cancer Institute, Published: 10 January 2018,

5.A Metabolomics Analysis of Body Mass Index and Postmenopausal Breast Cancer Risk, JNCI: Journal of the National Cancer Institute, Published: 09 January 2018

6.Cancer institute head touts big data and basic research, Science, 05 Jan 2018, DOI: 10.1126/science.359.6371.15

7.A major chromatin regulator determines resistance of tumor cells to T cell–mediated killing, Science, 04 Jan 2018, DOI: 10.1126/science.aao1710

8.Asymmetric transfer hydrogenation by synthetic catalysts in cancer cells,Nature Chemistry, Published online:08 January 2018, doi:10.1038/nchem.2918

【其他】

2.Population genomics of Mesolithic Scandinavia: Investigating early postglacial migration routes and high-latitude adaptation. PLOS Biology, January 9, 2018; 16 (1): e2003703 DOI: 10.1371/journal.pbio.2003703

4.Genomic and Proteomic Resolution of Heterochromatin and Its Restriction of Alternate Fate Genes. Molecular Cell, 2017; 68 (6): 1023 DOI: 10.1016/j.molcel.2017.11.030

5.Americas peopled in a single wave, ancient genome reveals, Science, 5 Jan 2018, DOI: 10.1126/science.359.6371.14

6.Genomic signals of selection predict climate-driven population declines in a migratory bird, Science, 05 Jan 2018, DOI: 10.1126/science.aan4380

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