改寫3000＋基因突變

採用基因編輯技術來修飾基因來治療遺傳病，早已經成為現實。

為了讓更多的疾病能夠被治療，這個領域的研究從未停止。

根據2018年1月31日的《Science Advances》，來自德州西南醫學中心（UT Southwestern Medical Center）的研究者開發出了一種CRISPR基因編輯技術，能夠對杜氏肌營養不良的3000多種突變進行糾正。

在此之前，這項疾病無法被治療，患者即使被完美的保護起來，也只有30歲左右的壽命。而這項編輯技術，給大量患者帶去了希望。

1.

什麼是杜氏肌營養不良？

人體肌肉共639塊，包含了超過60億條肌纖維，占人體體重的35%-45%之間。不管是我們可見的日常運動、表情、肢體伸展等都離不開它，人體內肉眼不可見的心跳、呼吸、血液供應等生理活動里它都扮演著重要角色。

而杜氏肌營養不良（Duchenne muscular dystrophy,DMD）就是這樣一種會影響到肌肉的疾病，屬於X染色體隱形遺傳。（極少數女性攜帶者也會出現輕微的癥狀）

X遺傳示意圖

患者由於X染色體上的基因變異和缺失（共影響至少79個外顯子區域），因而細胞無法合成肌肉萎縮蛋白，肌纖維膜就會因此變得非常脆弱，極易被撕裂，最終導致肌細胞死亡。

通常情況下，這些癥狀最早出現在患者四歲左右，表現為上腿和盆骨區域的肌肉損失，導致患者走路搖擺不穩、極易跌倒，體態和鴨子類似。隨著年紀增長，其他部位也會逐步出現這種肌肉缺失和功能退化。

患者由於肌無力，跌倒後很難自然站起，需用雙手按在伸展的膝部，然後按在大腿上慢慢由腿部「爬」起以取得直立的姿勢，即所謂的高爾移動(Gower manoeuvre)

大約每5000個男嬰中，就有一個是DMD患者。

然而在過去，患者只能通過物理治療、支架或矯正手術來減緩癥狀。舉個例子，使用皮質類固醇可以減緩肌肉退化，抗抽搐藥物可以用來控制癲癇發作及肌肉的不正常運動。近幾年的治療中，還有通過免疫抑製劑（Rimeporide）來延緩肌細胞傷害的。

但遺憾的是，這些手段都不能從根本上治癒DMD。

大多數患者在12歲左右就已經難以正常行走了。如果呼吸肌受到影響，還需要引入呼吸輔助器，否則極易因呼吸衰竭而死亡。

既然DMD是由於基因變異導致的，且遺傳因素佔主導，針對這些基因做修正是不是就能夠挽救無數患者呢？

2.

DMD的治療

的確如此。

實際上，在過去這幾年裡這個方向也一直是研究者努力的方向。

2016年，FDA批准了首款針對DMD的靶向藥物eteplirsen。它能夠誘導dystrophin基因51號外顯子跳讀，從而促進DMD患者肌萎縮蛋白的生成。一年的治療費用約30萬美金。

Eteplirsen治療原理示意圖

但這種治療也有其局限性。一來它只是將致死型DMD轉變為臨床表型相對較輕的肌肉萎縮症（BMD），並未根治；二來它只適用於14％的DMD基因突變。

那有沒有一種更高效的治療方式呢？或者是直接改變這種錯誤基因呢？

圖示為Eric Olson博士向DMD患者介紹手術過程，屏幕上展示的是他的肌肉細胞在接受基因編輯後恢復的過程

這一次，德州西南醫學中心的研究者給了我們答案。他們開發的CRISPR基因編輯技術，能夠對杜氏肌營養不良的3000多種突變進行糾正，覆蓋率了60%的杜氏肌營養不良的基因型，主要是心肌和骨骼肌相關的致死突變。

目前，這一基因編輯手段已經在小鼠、狗等動物身上進行了試驗，並且，接受治療後，小鼠體內的杜氏肌營養不良一年都沒有複發。同時，研究人員還證實了，這項技術對於人體細胞同樣有效。

GIF

圖示為用此基因組編輯技術矯正後的心臟組織，心肌功能已經恢復

據悉，生物科技公司Exonics Therapeutics公司已獲得該項技術授權，將進行商業化推進。這意味著，或許未來幾年內，我們就有可能在臨床中見到這項技術的使用。

點評 | 知幾未來研究團隊

在過去幾年裡，CRISPR始終佔據著媒體頭條。與其他用於基因工程的工具相比，它更精確、廉價、易於使用，而且功能非常強大。來自德州西南醫學中心的研究者，為了實現對杜氏肌營養不良的3000多種突變進行糾正，該研究團隊使用了一種叫做「myoediting」的方法，該方法可以編輯和替換整團基因。

該研究進一步為DMD病人創造誘導多功能幹細胞，這些細胞被編輯並重編程為可以產生抗肌萎縮蛋白的心肌細胞。隨後研究人員將一些細胞和支架混合在一起培育出了一小塊心肌組織，他們發現這塊組織不僅可以跳動，還可以產生抗肌萎縮蛋白以維持其健康。

我們期待著，該技術的臨床試驗將在未來幾年內開展。

除了糾正導致疾病的基因錯誤，我們也期待著CRISPR帶給我們更多的改變世界的驚喜，比如消除導致疾病的微生物、復活滅絕物種、創造更健康的新食物、根除地球上最危險的害蟲等領域。

CRISPR 不僅是一種用途極其廣泛的技術，它也被證明是精確的，而且使用越來越安全。不過它仍有很多進步空間，我們才剛剛開始看到它的部分潛力。在我們開發基因編輯技術的過程中，技術和倫理障礙仍然存在，但仍然值得我們不懈努力和繼續前行。

參考資料

[1]Chengzu Long, Hui Li, Malte Tiburcy, Cristina Rodriguez-Caycedo, Viktoriia Kyrychenko, Huanyu Zhou, Yu Zhang, Yi-Li Min, John M. Shelton, Pradeep P. A. Mammen, Norman Y. Liaw, Wolfram-Hubertus Zimmermann, Rhonda Bassel-Duby, Jay W. Schneider, Eric N. Olson. Correction of diverse muscular dystrophy mutations in human engineered heart muscle by single-site genome editing. Science Advances, 2018; 4 (1): eaap9004 DOI: 10.1126/sciadv.aap9004

[2]Kenji Rowel Q Lim,Rika Maruyama,Toshifumi Yokota.Eteplirsen in the treatment of Duchenne muscular dystrophy.Drug Des Devel Ther. 2017; 11: 533–545. 2017 Feb 28. doi: 10.2147/DDDT.S97635

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