CRISPR技术是生物医学领域的超级童星。

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CRISPR基因编辑技术,不要小看它仅仅只有6岁的年纪,基因编辑领域的超级神童目前正在成为多个临床试验的“主角”,它的终极目标是把这项实验技术推向现实世界

  无法想象这一切多么异常:CRISPR技术之前的技术——锌指核酸酶和类转录活化因子核酸酶遭受到了“从实验室到临床转化”的困扰,因为在获得美国食品药品管理局(FDA)批文进行临床试验前,它们耗了差不多十几年的时间来收集前期实验数据。到了2017年,才有一位肝脏有基因缺陷的44岁男子接受了通过锌指核酸酶进行的基因治疗。这种类型的基因治疗方法即科学家讲的“体内治疗”,与现在最常见的基因治疗明显不同。
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  到目前为止,唯一一种商业化的基因治疗方法是嵌合抗原受体T细胞疗法(CAR-T)。其治疗血癌的过程如下:首先,提取患者自体的免疫细胞,在实验室中对其进行基因编辑,以提高它们癌细胞杀伤能力,之后将这些细胞注入患者体内。
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  体内基因治疗方法更直接:在治疗过程中并不提取患者细胞,而是将基因编辑系统直接注射进入体内,以期对单个位点进行一次精准的分子手术。
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  CRISPR基因编辑技术正在使这种期望成为现实。通过科学家们的不断努力,在癌症治疗以外领域,CRISPR在早衰、肥胖症和发育性脑部疾病治疗方面也展现出惊人的疗效。
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杜兴氏肌肉营养不良症
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  这种遗传性疾病大多常见于3岁男孩,患者(每3 500名男性有一名该病患者,全球共300 000名病人)一般很少能够活过30岁,多数死于心力衰竭。该病的患者普遍缺乏一种编码抗肌萎缩蛋白的基因。抗肌萎缩蛋白是一种对肌肉结构和功能至关重要的减震蛋白。这种疾病通常是由于一系列突变所引起的,但这些突变通常聚集在基因的特定部分。
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  杜兴氏肌肉营养不良症通常不会成为CRISPR基因治疗技术的治疗目标,因为引起这种疾病的基因在人体内数量巨大,因此发病时发生突变的基因数量也很大。鉴于人体拥有的肌肉数量,目前还不清楚如何通过单一位点的基因编辑实现全身的治疗。尽管如此,多位科学家还是针对该项研究,进行了大量临床前试验。
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  截至2013年,有多个实验室宣布,通过患者的细胞,已经成功分离出致病基因。在实验小鼠体内,一个团队将CRISPR基因编辑系统注射到携带致病突变的小鼠受精卵中,并将编辑后的受精卵移植到代孕母鼠体内。结果显示,一个月龄的小鼠其肌肉功能明显好于未经治疗的同龄小鼠。同样对出生后的小鼠进行类似治疗,也显示出相同疗效。
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  2018年,另外一个团队将CRISPR基因编辑系统包装到一种病毒内,并将数以百万计的病毒拷贝注射到1月龄的狗体内(这些狗在接受治疗前通过基因改造,成为抗肌萎缩蛋白匮乏症的动物模型)。这些动物当中有两只狗接受腿部穿刺给药,另外两只狗通过血液灌注给药。8周后,CRISPR技术大大提升了这些动物体内抗肌萎缩蛋白水平,其中腿部抗肌萎缩蛋白水平提升了50%,心脏中的水平则提升超过了90%。(科学家们认为,经过治疗后抗肌萎缩蛋白增加15%即使患者显着获益,甚至可以被认为是治愈。)
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  这个实验首次证实,在大型哺乳动物体内,CRISPR基因编辑治疗杜兴氏肌肉营养不良症,无明显的副作用。一群无忧无虑、蹦蹦跳跳的基因编辑后的小狗们大大激励了科学家们进一步探索治疗该疾病的勇气。
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  2019年2月,一个研究小组报告指出,在患有杜兴氏肌肉营养不良症小鼠的体内单次注射CRISPR基因编辑系统,在长达一年的时间内大大提高小鼠肌肉的功能。另外一个令人鼓舞的消息是,虽然研究小组在小鼠体内看到了CRISPR基因编辑系统遭受免疫的现象(这些免疫功效也可能存在于人体内),但是免疫应答并没影响基因编辑的效率,也没有引发一系列危险的免疫反应。近期的一项研究工作进一步发现,调整CRISPR基因编辑组合中的两种主要组分的比例,可以进一步提高对该疾病治疗的效果。
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  与之前需要持续向患者体内灌注基因编辑产物的实验方法相比,CRISPR基因编辑技术可谓是一种一次性解决方案。
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  对于临床前实验数据来说,这些结果鼓舞人心。总部位于马萨诸塞州的初创公司Exonics Therapeutics正在努力促进这些结果向临床试验的转化。该公司可能是目前将CRISPR基因编辑技术应用于临床治疗发展最快的公司之一。
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遗传性幼儿失明症
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  CRISPR基因编辑技术有望缓解莱伯氏先天性黑朦10型视力丧失症患者的病痛,这种疾病也被称为LCA10,它是儿童遗传性失明中最为常见的类型。
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  2018年12月,一家名为Editas Medicine的公司联合其合作伙伴Allergan拿到了FDA的批文,开展了一项命名为EDIT-101基因治疗的Ⅰ/Ⅱ期临床试验。
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  令人欣慰的是,眼睛作为治疗靶点似乎比肌肉产生的应答更为强烈。EDIT-101旨在纠正CEP290基因中单个碱基突变(这个突变会导致视网膜光敏感细胞中某种蛋白质的结构发生改变)。值得注意的是,科学家们并未彻底搞清楚该突变所引起的功能性变化,他们目前只是知道纠正错误的基因能够恢复患者的视力。
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  2019年1月,在《自然·医学》杂志发表的一篇研究文章中,Editas公司的团队公布了这项研究的初步成果。虽然只是初步结果,但这个结果对于生物技术公司来说可谓相当振奋。无论在人体细胞还是视网膜组织中进行的前期实验,CRISPR基因编辑之EDIT-101技术进展顺利。在携带突变的基因工程小鼠中,EDIT-101疗法通过视网膜下注射给药,突变的基因很快得到了改变。
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  这个团队接下来宣布了一个更加令人振奋的消息:专门为灵长类动物开发的、携带这种工具的病毒已经进入实验阶段,其效果已经“达到了治疗阈值”。
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  这些研究成果大大激励了Editas公司,该公司正大力推进下一步工作。首先,宣布在体内首次释放CRISPR治疗药物。其次,于2019年下半年,计划招募10~20名患有LCA10的患者参与Ⅰ/Ⅱ期开放标签研究。也就是说,该团队在评估治疗安全性(视网膜撕裂是这种治疗方法带来的一种潜在副作用)的前提下,开始评估其疗效。
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链状红细胞贫血症
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  链状红细胞贫血症也是由单个碱基突变所引起的,其结果是毁灭性的:红细胞变形成为“镰刀”状,导致血管阻塞,患者终生伴有难以忍受的疼痛。这通常是一种使人逐渐衰弱的疾病,目前全世界大约有25万名儿童患有这种疾病。科学家们对这种疾病的研究已经超过60年,直到CRISPR基因编辑技术的出现,意味着他们现在可以对这种疾病采取一些行动。
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  2016年对小鼠的一项研究发现,CRISPR技术剪切了25%的缺陷基因并配上正确的序列后,足以缓解患者的症状,虽然改善的幅度相对较小。
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  这里采用并非体内治疗,相反,此次采取的方法与CAR-T治疗方法类似,细胞在体外进行编辑,被编辑的细胞位于骨髓前体细胞中的干细胞,这些干细胞最终会转化成血细胞。
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  最近获得FDA批准的另外一种治疗方法并未直接尝试改变镰刀状红细胞。该项研究由Vertex Pharmaceuticals和CRISPR Therapeutics主导,正在招募约12名患有严重镰状红细胞贫血症的患者。
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  研究人员尝试使用CRISPR技术为患者的血液干细胞提供一种名为HbF的蛋白质,而这种蛋白质形成之后天然携带氧气的能力超群,而这恰恰是镰状红细胞所不具备的。该临床试验不是替换引起链状细胞贫血症的基因,而是希望通过给机体提供另外一种氧气的载体来缓解症状。该药物已经获得FDA快速通道地位的资格,可向患者提供一次,用于初步评估疗法的安全性和有效性。
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  在这三种针对非癌症的CRISPR治疗方案中,第一个能够进入市场的疗法将会成为基因治疗和整个医学历史上的转折点。有效地编辑碱基对中的密码子将会使人类更加健康,它也将节省数百万美元,同时为商家赢得数百万美元。

  资料来源 singularityhub.com

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