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再來3篇Science!“魔剪CRISPR”年底再豐收,或治愈致死性遺傳病

文字:[大][中][小] 2016-1-18    瀏覽次數:1992    


2015年12月31日的《科學》(Science)雜志上,三個獨立研究小組提供了初步的研究證據表明,通過編輯一個與肌肉功能相關的基因,修復杜氏肌營養不良癥小鼠的一些肌肉功能,或可治愈這一遺傳性疾病。


How CRISPR–Cas9 works

CRISPR入選2015十大科學突破、中山大學黃軍就入選Nature2015年度人物,這些消息都再次證明了這一革命性的基因編輯工具在去年給科學界帶來的巨大影響。對于編輯人類胚胎,從最初的震驚到在前段時間的國際人類基因編輯大會上達成的初步共識,CRISPR技術的2015年是突破的、進步的。

當然,不管是何種技術,能夠最終應用于臨床,幫助改善人類的健康肯定是再好不過了。對于這一點,CRISPR已經展露了它的實力。除了用于基礎研究,CRISPR眾多先驅紛紛成立公司致力于將該技術用于疾病治療。先前,筆者在《CRISPR“三大先驅”的商業之路》一文中梳理了部分CRISPR相關公司的發展現狀。

其中,在臨床實驗上進展較快的應該屬張鋒與人聯合創辦的 Editas Medicine。去年11月,據MIT Technology Review網站報道,Editas的CEO Katrine Bosley 表示,公司計劃在明年開啟CRISPR治療失明的臨床試驗。如果計劃順利,那么這項研究將是CRISPR編輯人類DNA的首例

2015年12月22日,CRISPR先驅者、加州大學伯克利分校的Jennifer A. Doudna在Nature上發表評論總結了她與CRISPR的2015年;同月,各大網站也相繼總結了該技術在去年的一些突破進展。然而,抓住2015年的尾巴,“魔剪”CRISPR又取得了一項新的成就。

2015年12月31日,發表在《科學》雜志上的三項研究中,3個獨立研究小組利用CRISPR技術刪除了杜氏肌肉營養不良癥(Duchenne muscular dystrophy,DMD)小鼠中的部分缺陷基因,使小鼠產生了一種必不可少的肌肉蛋白。這是CRISPR首次成功應用到患有遺傳病的成年動物中。

DMD的危害性

DMD是一種隨著年齡增長全身肌肉呈進行性消耗和運動功減退的致死性X-伴性隱性遺傳性肌肉疾病。據悉,每3500個新生男嬰里就有一名DMD患者,患兒3-4歲開始步態異常,10-12歲喪失行走能力,最高只能維持生命30年。

DMD是由于編碼dystrophin蛋白的基因編碼缺陷造成的。Dystrophin是一條長蛋白質鏈,由一個包含79個外顯子的基因所編碼。如果有任何一個外顯子發生破壞性突變,這一蛋白質鏈就無法構建起來。


Dystrophin(淺綠色)在正常小鼠中(左);Dystrophin在DMD小鼠中(中);Dystrophin在經CRISPR/Cas9治療的DMD小鼠中部分恢復(右)。

Dystrophin的作用是幫助強化和保護肌纖維,將肌纖維內部與其周圍的支持結構綁定在一起。當機體不能產生dystrophin時,骨骼和心臟會退化。DMD主要影響男孩,患者最終通常需要坐在輪椅上,帶上呼吸器。

目前,研究人員還沒有開發出針對該疾病的有效療法。研究表明,想要通過輸入足夠的muscle-building干細胞到正確的組織中來治療該疾病是非常困難的。傳統的基因療法是使用病毒攜帶被破壞基因“好的版本”到細胞中,然而由于編碼dystrophin的基因太大,這種療法并不能替代完整dystrophin基因的功能。盡管科學家們也在嘗試其它的方法,但是都沒有看到治愈的希望。然而,明星技術CRISPR似乎有望為DMD患者帶來新的希望。

CRISPR為DMD患者帶來新希望


圖片來源:GEN

2014年8月14日,發表在《科學》雜志上的一項研究中,研究人員發現,通過CRISPR技術能夠修復小鼠胚胎中有缺陷的dystrophin基因。但是,將該技術用于治療已經患有DMD的病人身上似乎不切實際,因為成年人中成熟的肌肉細胞通常是不分裂的,因此,并不具備必要的DNA修復機制。然而,CRISPR技術 還能夠被用于剪斷有缺陷的外顯子,從而使細胞的“閱讀機制”產生一個縮小版的dystrophin。

在其中一項研究中,德克薩斯大學西南醫學中心Eric Olson小組的研究人員利用腺病毒(AAV9)和CRISPR技術刪除了有缺陷的外顯子。在治療組中,科學家們將CRISPR-ferrying的病毒直接注射到小鼠的肌肉或血液中,心臟和骨骼肌細胞產生了縮短版的dystrophin。與未治療組相比,CRISPR治療的小鼠在肌肉強度測試中表現的更好。

另外2篇報道了相同研究結果的論文中,由杜克大學生物醫學工程師Charles Gersbach領導的研究小組以及哈佛大學Amy Wagers領導的研究小組都與CRISPR先驅張鋒有合作關系。

杜克大學的研究中,科學家們用CRISPR刪除出現突變的23號外顯子,并引發機體自動“縫合”剩下的蛋白編碼區域,制造出縮短但仍能發揮作用的新版本抗肌萎縮蛋白。哈佛大學的研究中,科學家們也利用CRISPR 和 AAV9刪除了23號外顯子,發現相似地修復作用。

值得注意的是,這項基于CRISPR的療法的準確性也是令人放心的。三個研究小組都沒有發現脫靶效應的太多證據。Amy Wagers的研究小組還發現,肌肉干細胞中的dystrophin基因也被修復了。Wagers說:“這是非常重要的。因為隨著成熟肌細胞的退化,CRISPR的治療作用可能會逐漸消退。”

杜克大學的生物醫學工程師Charles Gersbach說:“盡管將這種療法轉化到人體中還需要做大量的工作,但是第一批試驗的結果是令人興奮的。”如果能夠安全有效地用于DMD患者的治療中,那么CRISPR或將幫助開發首個基于基因編輯的、用于治療人類致死性疾病的療法。

摘自《生物探索》

備注:本文部分內容參考自中國科學報(趙熙熙 )、生物通(何嬙)。

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