最近發(fā)行的一部名為“Rampage”的電影以Dwayne“The Rock”Johnson為特色，使用一種名為CRISPR的基因工程技術(shù)，將大猩猩和其他動(dòng)物轉(zhuǎn)變?yōu)榫薮笱例X的飛龍怪物。雖然這是科幻小說，更不用說不可能了，但這部電影捕捉了公眾的想象力以及他們最近對(duì)CRISPR的興趣和著迷。

CRISPR代表Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，它最初是細(xì)菌防御系統(tǒng)的一部分，它進(jìn)化為破壞進(jìn)入細(xì)菌的外來DNA。但是這個(gè)系統(tǒng)也能夠編輯DNA - 現(xiàn)在，遺傳學(xué)家已經(jīng)磨練了改變我們指定的DNA序列的技術(shù)。這引起了巨大的興奮和對(duì)使用CRISPR改變基因序列以改善我們的健康，治療疾病，改善我們的食物供應(yīng)的質(zhì)量和數(shù)量以及解決環(huán)境污染的可能性的巨大期望。

但最近的一些科學(xué)論文表明，CRISPR并非沒有問題。該研究表明，CRISPR可以破壞遠(yuǎn)離我們?cè)噲D糾正的靶DNA的DNA。截至匹茲堡醫(yī)學(xué)院大學(xué)的癌癥生物學(xué)家，我用CRISPR在我的實(shí)驗(yàn)室研究人類癌癥和發(fā)展的方式來殺死腫瘤細(xì)胞。雖然新發(fā)現(xiàn)似乎很重要，但我認(rèn)為這些啟示并不排除在臨床環(huán)境中使用該技術(shù)，而是建議我們?cè)趯?shí)施這些策略時(shí)采取額外的警示措施。

治療人類疾病

使用基因組編輯來治療人類疾病是非常誘人的。糾正導(dǎo)致人類疾病的遺傳性遺傳缺陷 - 就像編輯一個(gè)句子一樣 - 是明顯的應(yīng)用。這種策略在動(dòng)物試驗(yàn)中取得了成功。

在美國(guó)和歐洲，已經(jīng)計(jì)劃對(duì)幾種人類疾病進(jìn)行臨床試驗(yàn)。最值得注意的是，歐洲計(jì)劃進(jìn)行基因編輯階段I / II試驗(yàn)，用于治療人類β-地中海貧血，這是一種遺傳性血液疾病，可導(dǎo)致需要終身輸血的貧血癥。在2018年，一個(gè)為鐮狀細(xì)胞貧血CRISPR審判，另一個(gè)遺傳性血液紊亂引起的產(chǎn)生變形的突變的紅血細(xì)胞，在美國(guó)計(jì)劃

對(duì)于這兩個(gè)試驗(yàn)，基因編輯是在體外進(jìn)行的 - 在患者體外。造血細(xì)胞(產(chǎn)生紅細(xì)胞的干細(xì)胞)取自患者并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行編輯。然后在校正突變后將細(xì)胞重新引入相同的患者。期望通過糾正干細(xì)胞，他們現(xiàn)在產(chǎn)生的細(xì)胞將是正常的，治愈疾病。

離體方法也已在中國(guó)用于測(cè)試針對(duì)一系列人類癌癥的治療。研究人員從癌癥患者身上采取免疫細(xì)胞 - 稱為T細(xì)胞 - 并使用CRISPR阻止這些細(xì)胞產(chǎn)生一種名為PD-1的蛋白質(zhì)(程序細(xì)胞死亡-1)。通常，PD-1可以防止T細(xì)胞攻擊自己的組織。然而，癌細(xì)胞利用這種保護(hù)機(jī)制來逃避身體防御系統(tǒng)。去除PD-1允許T細(xì)胞劇烈地攻擊癌細(xì)胞。使用基因編輯的T細(xì)胞的臨床試驗(yàn)的初步結(jié)果似乎是混合的。

在我的實(shí)驗(yàn)室中，我們最近一直專注于染色體重排，這是一種遺傳缺陷，其中一段染色體跳過并連接相同或不同染色體的遠(yuǎn)端部分。亂序染色體是大多數(shù)癌癥的定義特征。這種改變最著名的例子是“費(fèi)城染色體” - 其中染色體9與22號(hào)染色體連接 - 導(dǎo)致急性髓性白血病。

我的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在動(dòng)物模型中使用CRISPR插入自殺基因，專門針對(duì)肝臟和前列腺癌細(xì)胞，這些細(xì)胞具有這種重排。由于這些染色體重排僅發(fā)生在癌細(xì)胞而非正常細(xì)胞中，因此我們可以針對(duì)癌癥而不會(huì)對(duì)健康細(xì)胞造成附帶損害。

CRISPR問題

盡管圍繞CRISPR編輯的所有興奮，研究人員已經(jīng)敦促謹(jǐn)慎行事過快。最近的兩項(xiàng)研究引起了人們的關(guān)注，即CRISPR可能不像以前認(rèn)為的那樣有效，并且在某些情況下它可能會(huì)產(chǎn)生不必要的副作用。

第一項(xiàng)研究表明，當(dāng)Cas9蛋白 - 在糾正突變之前剪切DNA的CRISPR系統(tǒng)的一部分 - 切割干細(xì)胞的DNA時(shí)，它會(huì)使它們變得緊張并阻止它們被編輯。雖然一些細(xì)胞在DNA被糾正后可以恢復(fù)，但其他細(xì)胞可能會(huì)死亡。

第二項(xiàng)研究表明，一種名為p53的蛋白質(zhì)，以防止腫瘤而聞名，被細(xì)胞應(yīng)激激活。然后蛋白質(zhì)抑制CRISPR編輯。由于CRISPR活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致壓力，編輯過程可能會(huì)在它完成任務(wù)之前受阻。

過去一年的另一項(xiàng)研究揭示了在人類中使用CRISPR的另一個(gè)潛在問題。由于CRISPR是一種細(xì)菌蛋白，因此在常見細(xì)菌感染期間，很大一部分人群可能已接觸過它。在這些情況下，這些人的免疫系統(tǒng)可能已經(jīng)開發(fā)出針對(duì)蛋白質(zhì)的免疫防御，這意味著一個(gè)人的身體可以攻擊CRISPR機(jī)器，就像它會(huì)攻擊入侵的細(xì)菌或病毒，阻止細(xì)胞受益于CRISPR-基礎(chǔ)治療。

此外，與大多數(shù)技術(shù)一樣，并非所有編輯都是準(zhǔn)確的。偶爾CRISPR會(huì)靶向DNA中的錯(cuò)誤位點(diǎn)，并使研究人員擔(dān)心可能導(dǎo)致疾病的變化。最近的一項(xiàng)研究表明，CRISPR導(dǎo)致大塊染色體在小鼠胚胎干細(xì)胞的基因組編輯位點(diǎn)附近重新排列- 盡管在其他細(xì)胞系統(tǒng)中并不總能觀察到這種效應(yīng)。大多數(shù)公布的結(jié)果表明，脫靶率的范圍為1-5%。即使脫靶率相對(duì)較低，我們也不了解長(zhǎng)期后果。

CRISPR的危險(xiǎn)已被大肆宣傳

上述研究導(dǎo)致大量關(guān)于CRISPR潛在負(fù)面影響的媒體報(bào)道，其中很多都引用了潛在的癌癥風(fēng)險(xiǎn)。通常情況下，這些涉及對(duì)實(shí)際結(jié)果的一種牽強(qiáng)的推斷。據(jù)我所知，沒有用CRISPR-Cas9系統(tǒng)治療的動(dòng)物已經(jīng)顯示出患有癌癥。

研究表明，基于CRISPR的基因組編輯在癌細(xì)胞中比正常細(xì)胞更有效。實(shí)際上，正常細(xì)胞對(duì)CRISPR編輯的抗性實(shí)際上使其對(duì)癌癥治療更具吸引力，因?yàn)閷?duì)正常組織的潛在附帶損害較少 -這一結(jié)論得到了我們實(shí)驗(yàn)室研究的支持。

展望未來，該技術(shù)顯然具有治療人類疾病的巨大潛力。最近的研究揭示了CRISPR的工作方式的新方面可能會(huì)影響這些療法的開發(fā)方式。然而，只有在CRISPR被廣泛用于治療人類疾病后，才能評(píng)估基因組編輯的長(zhǎng)期影響。