基於CRISPR的治療可以恢復RP小鼠的視網膜功能

2018年5月13日

哥倫比亞大學研究人員開發了一種強大的基因編輯工具CRISPR的新技術，以恢復患有退行性視網膜疾病，視網膜色素變性小鼠的視網膜功能。這是研究人員首次將CRISPR技術成功應用於一種被稱為顯性疾病的遺傳性疾病。這種工具可能適用於數百種疾病，包括亨廷頓病，馬凡氏綜合征和角膜營養不良。他們的研究今天在網上發表在美國眼科學會雜誌Ophthalmology上。

Stephen H. Tsang博士和他的同事們試圖創造一種更靈活的CRISPR工具，因此它可以治療更多的患者，而不管他們的個體基因特徵如何。Tsang博士稱這種技術為基因組手術，因為它切除了壞基因並用一個正常的功能基因取而代之。 Tsang博士表示，他預計人體試驗將在三年後開始。

「基因組手術即將到來，」Tsang博士說。 「眼科將是在其他藥物之前第一個看到基因組手術的。」

自從2012年推出以來，基因編輯技術CRISPR已經徹底改變了科學家可以修改活細胞DNA的速度和範圍。科學家已經將其廣泛應用，從工程設計植物（無核西紅柿）到生產動物（特別瘦的豬）。但是，與基因組手術一樣令人難以置信的是，CRISPR在通過簡單地切除不良基因，用好的基因縫合以治癒疾病的大肆宣傳之前，有一些缺陷需要克服。

常染色體顯性視網膜色素變性等疾病對研究人員提出了特別的挑戰。在常染色體顯性遺傳疾病中，患者只從父母遺傳一個突變基因，在一對常染色體上遺傳一個正常基因。因此，運用CRISPR的科學家面臨的挑戰是只編輯有突變的拷貝而不改變健康的拷貝。

相反，患有常染色體隱性遺傳疾病的人會繼承突變基因的兩個拷貝。當基因的兩個拷貝發生突變時，治療涉及簡單地替換缺陷基因的更直接的一步方法。目前，有六家製藥公司為隱性視網膜色素變性病進行基因治療;沒有一個正在開發針對顯性形式的治療。但這可能很快就會改變。

這是因為Tsang博士及其同事提出了治療常染色體顯性疾病的更好策略。它允許他們切除舊基因並用一個好的基因取而代之，而不影響其正常功能。這種所謂的「消融 - 替換」策略可用於開發CRISPR工具箱，用於存在於同一基因中的所有類型的突變，並且不是排他性的突變類型。當許多類型的突變可導致相同的疾病時，這是特別有用的。例如，視紫紅質基因中的150個突變中的任何一個都可能導致視網膜色素變性。因為Tsang博士 的技術可以以獨立於突變的方式應用，所以克服用基因組手術治療顯性疾病的困難，它代表了一種更快且更便宜的策略。

通常情況下，CRISPR研究人員設計了一個稱為嚮導RNA的短序列編碼，與他們想要替換的部分相匹配。他們將嚮導RNA連接到稱為Cas9的蛋白質上，並將它們一起在細胞核中漫遊，直到找到匹配的DNA片段。 Cas9解開DNA並推入嚮導RNA。然後，它利用細胞的天然基因修復機制，剪掉錯誤的編碼並哄騙細胞接受好的編碼。

替代使用一種嚮導RNA，Tsang博士設計了兩種嚮導RNA來治療由視紫紅質基因變異引起的常染色體顯性視網膜色素變性。視紫紅質是一個重要的治療靶點，因為它的突變導致約30％的常染色體顯性視網膜色素變性和15％的所有遺傳性視網膜營養不良。

這種技術允許更大的刪除遺傳編碼，這些編碼永久性破壞標靶基因。Tsang博士發現使用兩個嚮導RNA而不是一個增加了破壞不良基因的機會，從30％到90％。他們將這種基因組手術工具與基因替代技術相結合，使用腺相關病毒攜帶健康版本的基因進入視網膜。

另一個優點是，這種技術可以用於非分裂細胞，這意味著它可以使基因療法專註於非分裂成體細胞，如眼睛，大腦或心臟的細胞。到目前為止，CRISPR在分裂細胞中的應用比非分裂細胞更有效。

Tsang博士使用客觀視力測試來評估治療後的小鼠，以顯示視網膜功能的顯著改善。 視網膜電圖通常用於評估人類視網膜的健康狀況。 它像測試心電圖（EKG）一樣測試視網膜的健康狀況。

之前對視網膜疾病進行的CRISPR研究依賴於較不客觀的測量，包括評估小鼠朝光源方向轉動的頻率。 Tsang博士使用視網膜電圖顯示與未治療的眼睛相比，接受治療的眼睛視網膜變性減緩。

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