综述：CRISPR/Cas基因组编辑技术在神经退行性疾病中的应用：机制、治疗进展与临床前景

《Ageing Research Reviews》：CRISPR/Cas Genome Editing for Neurodegenerative Diseases: Mechanisms, Therapeutic Advances, and Clinical Prospects

本综述系统阐述了CRISPR/Cas（成簇规律间隔短回文重复序列及其相关蛋白）基因组编辑技术的最新进展，重点聚焦于阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）和亨廷顿病（HD）等神经退行性疾病的致病基因靶向修复（如APP、Tau、α-synuclein及CAG重复序列）。文章详述了SpCas9-HF1、Prime Editors等高特异性变体及腺相关病毒（AAVs）、纳米颗粒等递送策略的创新，同时深入探讨了脱靶效应、嵌合体及血脑屏障（BBB）穿透等挑战，并分析了体细胞与生殖系编辑的伦理考量，展望了从对症治疗向精准基因疗法转变的临床前景。

　　

CRISPR/Cas系统及其分子机制

基因组编辑技术的发展使得对基因组DNA进行精确修饰成为可能，包括替换、插入和删除。锌指核酸酶（ZFNs）由FokI核酸酶结构域和特定的锌指DNA结合基序工程化构建，每个基序可识别一个三碱基DNA序列。通过组装多个基序，可以靶向更长的序列以提高精确度。FokI核酸酶的二聚化诱导DNA双链断裂（DSBs），细胞随后通过同源定向修复（HDR）或非同源末端连接（NHEJ）等途径进行修复。

CRISPR/Cas系统作为一种革命性的工具，其核心是向导RNA（gRNA）将Cas核酸酶（如Cas9）引导至特定的基因组位点。当Cas9在目标位点产生DSB后，细胞固有的修复机制便被激活。NHEJ通常导致插入或缺失突变（Indels），从而实现基因敲除；而HDR则可以利用外源提供的DNA模板进行精确的基因修正或插入。除了经典的Cas9，Cas12和Cas13系统分别靶向DNA和RNA，进一步扩展了编辑能力，实现了转录组调控。工程化改造的高保真Cas变体，如SpCas9-HF1，以及能够实现精确碱基编辑的Prime Editors，显著提高了编辑的精确度和安全性，为治疗应用奠定了基础。

神经退行性疾病中CRISPR/Cas的治疗应用

CRISPR/Cas技术能够精确编辑致病基因，研究人员已利用其构建了多种神经退行性疾病的临床前模型，这些模型有助于阐明发病机制，并能更精准地测试靶向疗法。

在阿尔茨海默病（AD）模型中，CRISPR/Cas9技术被用于破坏突变型APP和Tau基因，恢复了正常的遗传功能，并减少了有毒的蛋白聚集，从而改善了模型的神经退行性表型。对于亨廷顿病（HD），该技术旨在纠正HTT基因中的CAG核苷酸重复扩增。在帕金森病（PD）研究中，CRISPR/Cas的应用则聚焦于降低α- synuclein蛋白的表达。

治疗策略的成功实施依赖于高效的体内递送系统。基于腺相关病毒（AAVs）和纳米颗粒的递送策略取得了显著进展，旨在克服血脑屏障（BBB）这一主要障碍，将CRISPR组件有效运送到中枢神经系统的目标细胞。然而，脱靶效应、细胞嵌合体（即体内仅部分细胞被成功编辑）以及长期安全性问题仍然是临床转化面临的重大挑战。

CRISPR/Cas基因编辑的伦理问题

CRISPR/Cas基因编辑的伦理考量强调保护人类尊严、防止剥削和确保公平获取。核心焦点在于维护人类尊严、防止过度商业化利用以及保护患者的权利和福祉。

伦理关切源于技术可能被滥用的前景、生物技术产业的商业驱动以及全球范围内获取这些技术的不平等，这引发了关于公平和社会正义的担忧。目前，体细胞编辑（针对非生殖细胞）在治疗神经系统疾病方面显示出可接受性，而生殖系编辑（针对可遗传的生殖细胞）则由于潜在的多代影响而面临严格的监管限制。因此，建立强有力的监管框架对于安全、合乎伦理地应用这些强大技术至关重要。

结论

本综述的发现表明，CRISPR/Cas系统（包括Cas9、Cas12和Cas13）已经彻底改变了基因组编辑领域，与ZFNs和TALENs等前代技术相比，在多功能性、模块化和精确性方面具有显著优势。通过实现RNA引导的编辑并精确靶向致病DNA和RNA序列，CRISPR/Cas改变了治疗纠正AD、PD、HD、ALS等疾病关键基因的潜力。工程化Cas变体和创新递送策略的持续发展正在解决安全性、特异性和递送效率方面的挑战。尽管伦理和监管障碍依然存在，但CRISPR/Cas技术无疑处于精准分子医学的前沿，正推动神经退行性疾病的治疗策略从症状管理向潜在的治愈性基因疗法迈进。

资助声明

作者感谢印度医学研究理事会（ICMR）的资助支持，项目ID：IIRP-2023-5582。

利益冲突声明

作者声明不存在潜在的利益冲突。