CRISPR为什么这么厉害?

文章来源:健康时报 2020-10-15 11:49

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 北京时间2020 年10月7日下午5点45分,2020年诺贝尔化学奖颁给了法国微生物学家埃马纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和美国生物学家詹妮弗·杜德纳(Jennifer Anne Doudna),表彰她们发明了一种基因组编辑方法,CRISPR-Cas9。

  而这距离她们首次证实CRISPR-Cas9可以在活细胞内编辑基因组仅8年。

  “上帝的手术刀”,从根本上重写“生命密码”

  CRISPR是成簇规律间隔短回文重复序列(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)的缩写。它是微生物体内的一种天然的“免疫系统”, 当病毒入侵细菌时,细菌能够捕捉到外来遗传物质的片段并且将它们整合到自身基因组的CRISPR序列中,随后通过Cas核酸酶精准切断病毒DNA,抵御病毒入侵。

  1987年,来自日本的石野纯良教授首次在大肠杆菌中发现了CRISPR序列的存在。同一时期,来自地中海的Francisco也在一种古细菌中发现了CRISPR的存在,并坚定地认为,CRISPR可能存在某些特殊的功能。不过当时研究人员并不清楚CRISPR具有哪些功能。

  直到2012年8月17日,詹妮弗?杜德娜和埃玛纽埃尔?卡彭蒂耶合作,在Science杂志发表了基因编辑史上的里程碑论文,首次在体外证明使用Cas9的CRISPR系统可以切割任意DNA链,发现了CRISPR在活细胞中修改基因的能力。

  正是由于CRISPR系统精准的靶向能力以及操作简单、价格便宜等特点,理论上人们可以通过这一系统精准编辑任何生物的遗传密码,因此CRISPR又被称为“上帝的手术刀”。

  诺贝尔化学委员会成员、生物物理化学家Pernilla Wittung Stafshede在宣布获奖时也表示:“CRISPR可以在你想要的地方切割DNA,它已经彻底改变了生命科学。这把‘基因剪刀’八年前才被发现,但已经极大地造福了人类。”

  属于“魔剪”CRISPR的时代

  自问世以来,CRISPR便开创了自己的时代。

  在距离CRISPR被证明具有基因编辑功能不到1年的时间里,人们便开始着手该项技术用于遗传疾病的治疗,并在随后的几年时间中,将应用范围拓展到癌症、艾滋病、慢性疼痛、莱姆病等多个治疗领域。

  例如,早在2016年,华西医院的卢铀教授便开启了全球首个CRISPR技术用于癌症治疗的临床研究,通过CRISPR技术敲出患者T细胞中的PD-1基因,然后将这些T细胞扩增并输回患者体内,以达到治疗癌症的目的。

  并且,就在今年4月份,卢铀教授在Nature Medicine发表的一项研究显示,使用CRISPR-Cas9编辑的T细胞在临床上治疗非小细胞肺癌(NSCLC)是安全可行的。

  具体来说,在2016年8月26日到2018年3月21日之间,卢铀教授的团队一共招募了22名晚期NSCLC患者。由于是首个人体临床试验,因此只招募了经过多种疗法治疗之后依然无效的晚期NSCLC患者。

  结果显示,经CRISPR编辑过的T细胞,PD-1表达水平明显降低,PD-1的破坏率在33.7%到67%之间,中值是46.3%。在长达47.1周的中位随访时间内,12位患者的中位无进展生存期(PFS)是7.7周,中位总生存期(OS)为42.6周。

  治疗过程中,有1名患者没有出现治疗相关不良事件,其余11名患者发生了1/2级与治疗相关的不良事件,例如淋巴细胞减少症(3例)、疲劳(3例)、白细胞减少症(2例)、发烧(2例)、关节痛(2例)和皮疹(2例)。同时没有患者出现细胞因子综合征。

  截至2020年1月31日,所有患者出现疾病进展。在12名患者中,有11名(91.7%)死于肿瘤进展,所有患者的死亡均与治疗无关。剩下的一名患者仍在接受其他治疗。

  上述结果表明,由CRISPR-Cas9技术进行的基因编辑T细胞疗法在临床上是安全可行的。

  目前,使用CRISPR基因编辑技术治疗镰状细胞贫血、遗传性失明和癌症的临床试验也正在进行中。

  是上帝的手术刀还是打开了潘多拉的魔盒

  任何一项新兴技术在蓬勃发展时,都会引发人们的争议,CRISPR也不例外。

  2018年11月,来自南方科技大学的贺建奎教授和同事利用CRISPR-Cas9编辑了胎儿身上CCR5基因,以用来免疫艾滋病,同时宣布世界首例可免疫HIV的基因编辑婴儿出生,还有一个受试者已经怀孕。

  世界哗然!

  全球科研同胞对此事件作出了强烈的反应。2018年12月在香港举办的第二届“全球基因组编辑峰会”的会议声明,及其后的《会议纪要》中,指出该行为“违背了相关国际(伦理)准则”,其中的缺陷包括“不充分的医学指标、糟糕的研究方案设计、不符合保护受试者福利的伦理准则,以及在临床程序的一系列发展和审查过程中缺乏透明度”。

  虽然,最终贺建奎获刑,但这一事件引发的世界各地人们对编辑胚胎一系列伦理、社会和安全方面的担忧,却迟迟挥之不去。

  无论如何,CRISPR的发现无疑提供了一种修改、调控和观察基因组的便捷而且具备很强适应性的工具。这让它可以在广大领域中得到生物研究和生物技术方面的应用。

  正如美国国立卫生研究院院长Francis Collins所说,“CRISPR-Cas让这项技术更容易被接受。所有我知道的分子生物学实验室没有一个不开始使用CRISPR-Cas技术的了。”
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