薛文博士Nature子刊：高效、安全地利用CRISPR治疗疾病

麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出了一种方法，能够比以往更有效地传送CRISPR基因组修复元件，他们相信这种方法也能够更安全地供人类使用。在小鼠研究中，他们发现能够在6%的肝细胞中修正引起酪氨酸血症（tyrosinemia）的突变基因——这样的效率足以治愈罹患这种罕见肝病的小鼠。突破性的成果发布在Nature Biotechnology杂志上。

　　

生物通报道  CRISPR基因组编辑技术使得科学家们能够剪掉一段特异的DNA序列，用新序列来替代它，其有潜力治愈缺陷基因引起的一些疾病。为了实现这种潜能，科学家们必须找到一种方法安全地将CRISPR机器和校正的DNA拷贝传送到病变细胞中去。

现在麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出了一种方法，能够比以往更有效地传送CRISPR基因组修复元件，他们相信这种方法也能够更安全地供人类使用。在小鼠研究中，他们发现能够在6%的肝细胞中修正引起酪氨酸血症（tyrosinemia）的突变基因——这样的效率足以治愈罹患这种罕见肝病的小鼠。突破性的成果发布在2月1日的《自然生物技术》（Nature Biotechnology）杂志上。

麻省大学医学院分子医学助理教授薛文（Wen Xue），及MIT化学工程系副教授、Koch综合癌症研究所及医学工程学与科学研究所(IMES)成员Daniel Anderson是这篇论文的共同资深作者。薛文博士早年毕业于南京大学，在麻省理工学院攻读博士后。其实验室的主要研究兴趣是利用小RNA工具，例如RNAi介导的沉默及CRISPR/Cas9介导的基因组编辑来开发出肝癌和肺癌遗传模型。

2014年，薛文博士曾作为主要作者在Nature杂志上发表论文，他与麻省理工学院的同事们一起，采用CRISPR基因编辑系统将致癌突变导入到了成年小鼠肝脏中，由此构建出了小鼠癌症模型（延伸阅读：Nature重要成果：用CRISPR构建癌症模型 ）。

Anderson说：“新研究结果令我们感到非常兴奋，因为它让我们觉得这是一个可用来治疗一系列疾病——不仅是酪氨酸血症，还有其他疾病的基因修复系统。”

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在这项新研究中，薛文、Anderson和同事们开发出了一种组合的纳米颗粒及病毒传递系统来传送CRISPR修复机器。首先，他们构建出了由脂质和编码Cas9酶的信使RNA (mRNA)构成的一种纳米颗粒。其他两个元件：RNA导向链和校正基因DNA被嵌入到基于腺相关病毒（AAV）的重编程病毒颗粒中。

研究人员在使用脂质纳米颗粒的前一周首先给肝细胞注入了病毒，使得这些细胞有时间开始生成RNA向导链和DNA模板。当注入携带Cas9 mRNA链的纳米颗粒时，这些细胞开始生成Cas9蛋白质，不过这只能持续数天因为mRNA最终会降解。这一时间长度足以完成基因修复，也防止了cas9继续逗留于细胞中，潜在地破坏细胞基因组的其他部分。

Anderson说：“一些人担心，如果让Cas9在细胞中存留太长的时间，有可能会导致一些基因组不稳定。我们认为使用mRNA纳米颗粒通过确保Cas9酶不会存在太长的时间，而提高了安全系数。”

高精度

利用这种新方法，每16个细胞中约有1个获得基因纠正，相比于2014年的研究提高了15倍的效率。研究人员还发现相比于将Cas9基因整合到细胞基因组中去的一些方法，新方法造成的脱靶DNA切割较少。

论文的主要作者、Koch综合癌症研究所Hao Yin说：“我们进行了全基因组分析，证实我们获得了极高水平的打靶效应，而几乎没有脱靶效应。”

Anderson实验室已构建出了一些相似的纳米颗粒，现正在临床开发中。由于AAV病毒颗粒现已在一些临床试验中用于其他用途，研究人员乐观地认为这一CRISPR传递方法可以用于人类，不过还需要开展更多的研究来证实这一点。

研究人员已为这一技术申请了专利，他们认为可以利用它来治疗各种疾病，尤其是肝脏疾病。“在一些代谢疾病和其他的肝病中如果你能够修复突变基因，你就真的能够影响这些患者的健康，”Anderson说。

论文的作者之一、Koch研究所教授Robert Langer说：“看到我们的研究团队开发出这一新的CRISPR传递方法真是令人感到兴奋，我相信其有潜力造成深远的影响。”

CRISPR介导的遗传修复为人类基因治疗提供了一条新思路，当前世界各地的研究小组都在竭力地探索及开发CRISPR的临床治疗潜力。

在2015年12月31日的《科学》（Science）上，三个独立研究小组提供了初步的研究证据表明，通过编辑一个与肌肉功能相关的基因，修复杜氏肌营养不良症小鼠的一些肌肉功能，可以治愈这一遗传性疾病。这标志着第一次在完全发育的活体哺乳动物中CRISPR采用一种有潜力转化为人类疗法的策略，成功治疗了一种遗传疾病（延伸阅读：三篇Science文章：利用CRISPR治疗遗传疾病）。

此外，来自北京大学的研究人员近期报道称，他们用双gRNAs导向CRISPR/Cas9系统抑制了乙型肝炎病毒复制。研究结果表明，CRISPR/Cas9系统可以有效破坏HBV表达模板，且没有明显的细胞毒性。它有可能是在慢性HBV感染患者中根除持续存在的HBV cccDNA的一种潜在的方法（延伸阅读：北大鲁凤民教授：用CRISPR/Cas9治疗乙肝）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Therapeutic genome editing by combined viral and non-viral delivery of CRISPR system components in vivo

The combination of Cas9, guide RNA and repair template DNA can induce precise gene editing and the correction of genetic diseases in adult mammals. However, clinical implementation of this technology requires safe and effective delivery of all of these components into the nuclei of the target tissue. Here, we combine lipid nanoparticle–mediated delivery of Cas9 mRNA with adeno-associated viruses encoding a sgRNA and a repair template to induce repair of a disease gene in adult animals. We applied our delivery strategy to a mouse model of human hereditary tyrosinemia and show that the treatment generated fumarylacetoacetate hydrolase (Fah)-positive hepatocytes by correcting the causative Fah-splicing mutation. Treatment rescued disease symptoms such as weight loss and liver damage. The efficiency of correction was >6% of hepatocytes after a single application, suggesting potential utility of Cas9-based therapeutic genome editing for a range of diseases.