惠利健、李大力最新CRISPR文章

8月11日，中科院上海生命科学研究院、华东师范大学、复旦大学、华东理工大学和第二军医大学等处的研究人员，在Nature子刊《Scientific Reports》在线发表一项研究成果。这项研究使用最近开发的CRISPR/Cas9技术，制备了Fah−/−大鼠。这种Fah−/−大鼠能够忠实地代表人类HT1的主要表型和生化临床表现。

　　

生物通报道：8月11日，中科院上海生命科学研究院、华东师范大学、复旦大学、华东理工大学和第二军医大学等处的研究人员，在Nature子刊《Scientific Reports》在线发表题为“Efficient liver repopulation of transplanted hepatocyte prevents cirrhosis in a rat model of hereditary tyrosinemia type I”的研究成果。这项研究使用最近开发的CRISPR/Cas9技术，制备了Fah−/−大鼠。这种Fah−/−大鼠能够忠实地代表人类HT1的主要表型和生化临床表现。这项研究的通讯作者是中科院上海生命科学研究院的惠利健研究员和华东师范大学的李大力教授。延伸阅读：专访惠利健：肝脏再生研究的里程碑；惠利健研究组Hepatology解析凋亡抑制基因新功能；刘明耀、李大力等采用CRISPR纠正血友病突变。

遗传性酪氨酸血症I型（HT1）是一种常染色体隐性遗传的先天代谢异常，是由延胡索酰乙酰乙酸水解酶（Fah）的缺陷所致。Fah是酪氨酸代谢途径最后一步所需的一种酶，这条途径将延胡索酰乙酰乙酸盐水解成延胡索酸盐和乙酰乙酸盐。Fah缺陷可导致有毒代谢产物的积累，包括延胡索酰乙酰乙酸和马来酰乙酰乙酸。HT1影响肝脏和肾脏，这是Fah主要表达的器官。HT1的急性表现伴有婴儿致命的肝功能衰竭，在儿童早期的慢性表现伴有肝硬化和肝细胞癌（HCC）。

在HT1患者中的肾小管损伤通常可导致范可尼综合征、发育性低磷性佝偻病和生长障碍。如果不及时治疗，大多数HT1患者在幼儿早期死于急性重症肝肾衰竭。2（2-nitro-4-trifluoromethylbenzoyl）- 1,3-环己二酮（NTBC），作为4-羟基苯丙酮酸双加氧酶的一种抑制剂，是通过阻断有毒代谢产物积累而起作用的，如延胡索酰乙酰乙酸与马来酰乙酰乙酸。NTBC治疗可有效地改善HT1患者的肝、肾损害。结合低酪氨酸饮食，它实现了90%以上的生存率。然而，一些HT1患者对NTBC没有反应，从而使肝移植作为目前唯一的选择。

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Fah基因在哺乳动物中是保守的。有研究已经在人类、猪、大鼠和小鼠cDNA（80%同源性）和蛋白质（94%的同源性）中观察到了较高的同源性。Fah缺陷小鼠和猪之前被报道为HT1疾病模型。Fah缺陷小鼠和猪可使用NTBC治疗维持，这两个模型在NTBC戒断后发展出了渐进性肝衰竭和肾小管功能障碍。值得注意的是，Fah−/−小鼠可通过野生型（WT）肝细胞移植而得以修复。这种方法使它们也成为一种有价值的模型，用以评估最近确定的肝祖细胞和肝细胞样细胞的体内功能。有趣的是，Fah−/−小鼠也可用于评估从肝外来源的移植细胞的疗效，如骨髓或成人胰腺。然而，小鼠和猪模型都不能概括HT1患者的关键慢性表现，即肝纤维化和肝硬化。

大鼠作为一种中等大小的实验室模型，是小鼠的至少10倍以上，从而能够提供更大的血液量和更多的胆汁酸、细胞和组织进行分析。更重要的是，在各种生理和病理方面，大鼠比小鼠更类似于人类。此外，大鼠经常用于人类临床试验前的药物治疗效果和毒性测试，并已积累了丰富的大鼠生理和药理数据。

然而，在过去的三十年里，在大鼠中缺乏遗传修饰技术，在很大程度上阻碍了其在生物医学研究中的应用。该研究小组一项正在撰写的成果，报道了一种Fah−/−IL2rg−/−大鼠模型，来评估大鼠肝脏干细胞的体内功能。然而，人HT1临床表现在Fah−/−大鼠中的详细表征，尚不清楚。

该研究小组首次将CRISPR/Cas9系统用于生成转基因大鼠。在本研究中，他们利用CRISPR/Cas9系统制备了Fah−/−大鼠。通过饮用添加NTBC的水，Fah−/−大鼠得以保持。在撤回NTBC后，Fah−/−大鼠表现出了人类HT1的大多数特征，包括肝纤维化和肝硬化。重要的是，WT肝细胞移植，通过有效的肝再生以及阻止肝硬化的发展，改善了Fah−/−大鼠的生存率。

（生物通：王英）

注：惠利健，1997毕业于中国科学技术大学生物系获学士学位，2003年中国科学院上海生命科学院上海细胞研究所研究生毕业，获博士学位，2004-2008在奥地利维也纳Institute of Molecular Pathology (IMP)从事博士后研究工作，2008年任中国科学院上海生命科学院上海生物化学和细胞研究所研究员。主要从事肝癌细胞研究工作。

李大力，2001年毕业于湖南师范大学获学士学位，2004-2007年在美国德州农工大学作为研究助理开展联合研究，2007年获得湖南师范大学遗传学博士学位，同年受聘于华东师范大学生命科学学院从事教学与科研工作, 于2009 年破格晋升为副教授，2014年破格晋升为研究员。目前为上海市调控生物学重点实验室副主任，华东师范大学转基因动物中心负责人。研究兴趣主要集中在利用基因修饰动物模型研究个体发育及成体干细胞自我更新和分化的机理，同时关注基因编辑技术的优化以及在基因治疗中的应用。

生物通推荐原文摘要：
Efficient liver repopulation of transplanted hepatocyte prevents cirrhosis in a rat model of hereditary tyrosinemia type I
Abstract：Hereditary tyrosinemia type I (HT1) is caused by a deficiency in the enzyme fumarylacetoacetate hydrolase (Fah). Fah-deficient mice and pigs are phenotypically analogous to human HT1, but do not recapitulate all the chronic features of the human disorder, especially liver fibrosis and cirrhosis. Rats as an important model organism for biomedical research have many advantages over other animal models. Genome engineering in rats is limited till the availability of new gene editing technologies. Using the recently developed CRISPR/Cas9 technique, we generated Fah−/− rats. The Fah−/− rats faithfully represented major phenotypic and biochemical manifestations of human HT1, including hypertyrosinemia, liver failure, and renal tubular damage. More importantly, the Fah−/− rats developed remarkable liver fibrosis and cirrhosis, which have not been observed in Fah mutant mice or pigs. Transplantation of wild-type hepatocytes rescued the Fah−/− rats from impending death. Moreover, the highly efficient repopulation of hepatocytes in Fah−/− livers prevented the progression of liver fibrosis to cirrhosis and in turn restored liver architecture. These results indicate that Fah−/− rats may be used as an animal model of HT1 with liver cirrhosis. Furthermore, Fah−/− rats may be used as a tool in studying hepatocyte transplantation and a bioreactor for the expansion of hepatocytes.