《自然·医学》：长期有效，但意外基因编辑有点多？科学家们对基因疗法有了新认识
2019/2/19 8:27:29学术经纬 学术经纬
▎学术经纬/报道
几个小时前，《自然》子刊《自然·医学》(Nature Medicine)在线发表了3篇关于基因疗法的最新研究论文。其中，一项治疗“杜氏肌营养不良症”长期疗效以及安全性的研究，引起了许多人的关注。
▲《自然·医学》今日连续上线3篇关于基因疗法的论文(图片来源：《自然·医学》)
杜氏肌营养不良症这个名字在许多人听来或许稍显陌生，但它却是影响了许多儿童的严重遗传疾病。这种疾病的病因在于编码“抗肌萎缩蛋白”(dystrophin)的基因存在缺陷，使得肌肉纤维无法与周围的支撑结构有效结合，最终导致肌肉无力。
这不但会影响患者的行动能力，还会危及到他们的生命。由于肌肉的衰弱，患者的呼吸与心跳都不可避免会受到影响。不幸的是，这种疾病目前依旧无药可治。因此，许多患者都会在风华正茂的20-30岁离开这个世界。
从病理上看，杜氏肌营养不良症很适合通过基因疗法来治疗。现代科学家知道，编码“抗肌萎缩蛋白”的基因有79个编码区域(外显子)，这个数量可以说是非常多。如果其中有一些出现遗传突变，就可能让这个蛋白失去活性。相反，如果我们能“矫正”或者“无视”这些基因突变，或许就可以逆转杜氏肌营养不良症的病情。
▲本研究的通讯作者Charles Gersbach教授(图片来源：Duke University)
这正是许多科研人员所着力的方向，杜克大学的Charles Gersbach教授就是诸多研究人员之一。自2009年起，他的课题组就在探索如何用基因疗法对杜氏肌营养不良症进行治疗，而CRISPR/Cas9基因编辑技术的诞生，则让设想接近成为现实。
他们所采用的方法，是使用CRISPR/Cas9基因编辑工具，“跳过” 带有基因突变的那一段外显子。这样的操作虽然会让抗肌萎缩蛋白短上一截，但产生的蛋白却依然能够行使正常功能。研究人员们期望通过这种方法，让患者体内重新产生有正常功能的抗肌萎缩蛋白，抗击疾病。
在进行人体试验之前，首先我们要在动物模型中了解这种疗法是否安全有效。这正是本项研究所关注的重点。具体来说，研究人员们分别选用了成年以及新出生的疾病模型小鼠，并在它们体内注射了这种基于CRISPR系统的基因疗法。随后，他们对小鼠进行了长期的追踪。
在长期疗效方面，基因疗法有着不俗的效果。尽管这些小鼠只接受了一次治疗，它们体内的抗肌萎缩蛋白水平在一年后依旧保持在了高位。这些结果确认，这款基因疗法一经治疗，就能长期起效，有着良好的潜力。
▲与对照组(左)相比，治疗组的抗肌萎缩蛋白水平(绿色)在一年后依旧保持在高位，但体内对基因疗法产生了一定的免疫反应(灰色圆形视野中，黑色小点为聚集的免疫T细胞)(图片来源：Charles Gersbach，Duke University)
疗效之外，基因疗法的潜在副作用也是研究人员所关心的。由于基因疗法需要通过病毒载体递送进入人体，这些病毒会不会引起剧烈的免疫反应，是一个必须要回答的问题。之所以分别选择成年小鼠和刚出生的小鼠，也正是出于这方面的考虑——成年小鼠的免疫系统已经发育成熟，刚出生的小鼠免疫系统还在发育之中。我们能够评估不同强度的免疫系统，会对基因疗法做出怎样的反应。
而研究结果也正如科学家们所料。这些成年小鼠体内，都对基因疗法出现了免疫反应。而新出生的小鼠则没有类似的反应。这些反应虽然并不危险，但却有可能削弱基因疗法的效果。
“我们很高兴看到所有的小鼠在治疗的一年后都保持健康，”本研究的第一作者Christopher Nelson博士说道：“但我们的结果也表明，我们在进行大型动物研究的时候，需要格外注意免疫反应。”
在免疫反应之外，CRISPR基因编辑系统的脱靶效应也是引人热议的话题。先前，这支团队做的一项研究认为，基因组中存在的脱靶效应可以说是非常少。然而，本次团队的检查结果却发现，在目标编辑位点，存在许多“意料之外”的基因编辑。具体来说，研究人员们原本希望通过基因编辑技术，移除突变的外显子。但除了这种经过设计的编辑之外，研究人员们也观察到了许多来自病毒载体的DNA插入。
▲基因疗法使用的病毒载体可能会在编辑位点，以及基因组里留下意外的序列插入(图片来源：参考资料[1])
只从小鼠的健康程度来看，这些意外的基因编辑并没有引起严重的后果。研究人员们解释说，这是因为小鼠原本编码抗肌萎缩蛋白的基因就失去了功能。额外插入一些序列，不会带来什么副作用。
小鼠中的这些问题，会在人体中得到重复吗？在人体中，我们是否允许出现意外的基因编辑？很显然，关于CRISPR基因编辑技术在人类基因疗法中的应用，我们还有不少的路要走。
而这正是科学家们进行这些研究的目的。只有提前了解各种可能性，我们才能更好地将基因疗法应用于人类，造福患者。
我们期待在这些知识构建的基础之上，科学家们能尽快打造出安全有效的基因疗法，挽救杜氏肌营养不良症患者的生命。
参考资料：
[1] Christopher E. Nelson et al., (2019), Long-term evaluation of AAV-CRISPR genome editing for Duchenne muscular dystrophy, Nature Medicine, DOI: https://doi.org/10.1038/s41591-019-0344-3
[2] Single CRISPR treatment provides long-term benefits in mice, Retrieved February 18, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-02/du-sct021419.php
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