入职省属高校6年后，“80后”科学家再获突破性成果！
2023/4/10 20:05:02 科学网
文 ｜ 《中国科学报》记者 李晨阳 通讯员 杨鲜
“如果这项技术得以推广，可以让全球上百万失明者重见光明。”介绍最新成果时，武汉科技大学“80后”教授姚凯如是说。
2019年，他向一批特殊的小鼠眼底注射了一种新型基因药物。这些小鼠刚刚出生14天，看起来和普通小鼠没什么不同，但它们基因中埋藏的定时炸弹即将启动。如果没有任何干预，2天后，它们视网膜上的两种感光细胞就会开始陆续死亡，到40天左右将完全失明。人类一旦遭遇这种由基因突变导致的视网膜色素变性，则往往会在2岁左右发病，最快一年之内失明。
40天过去了，120天过去了，240天过去了……作为对照，没有接受基因药物注射的眼疾小鼠早已失明。而接受了基因治疗的眼疾小鼠则依然视力正常，能够在复杂的迷宫里穿梭自由。此时它们的年龄大约相当于40岁左右的成年人。
近日，这项成果发表在国际知名期刊《实验医学杂志》。
同期杂志上，美国科学院院士、眼部疾病专家Krzysztof Palczewski和加州大学欧文分校的基因编辑专家Samuel W.Du联合发表了署名评论文章。他们写道：“这项基因编辑工具的适用性远远超过了眼睛。可以想象，它可以应用于几乎所有已知的人类遗传疾病。”
著名美籍华裔基因编辑专家刘如谦连续两次转发了这篇论文，称这项研究“有效纠正了视网膜中的Pde6b基因，保护了光感受器，挽救了视觉功能”。
追光者：工作曾入选“2018年世界十大科技进展新闻”
这不是姚凯第一次帮患有遗传性眼病的小鼠找回光明。
2018年，他作为第一作者发表在《自然》上的一项成果，利用首创的干细胞疗法让先天性眼盲的小鼠第一次看到了世界。这项成果在当时引起了广泛的社会反响，还入选了由中国科学院与中国工程院两院院士评选的“2018年世界十大科技进展新闻”。姚凯也因此在媒体报道中被称为“追光者”。
姚凯 受访者供图(下同)
姚凯是在美国耶鲁大学做博士后时开启这项工作的。作为一个神经生物学与干细胞生物学研究者，他了解到全球有上亿人由于罹患神经退行性疾病，造成视力损伤并最终致盲，而临床上长期缺乏有效的治疗手段。自此，他就把攻克这些眼病作为自己的科研梦想。
2017年，姚凯结束博士后的研究工作，回到家乡武汉，入职武汉科技大学，并继续完成了这项后来发表在《自然》上的重大成果。
在这篇论文中，姚凯突破了“神经细胞难以再生”的技术瓶颈，用一种特殊的成体干细胞分化出与天然视杆细胞几乎一模一样的细胞，从而帮助小鼠重获光明。
时隔5年的两项研究，乍看起来非常相似，那它们有什么区别和联系呢？
姚凯解释，虽然同样是罹患视网膜色素变性，但两次研究的小鼠基因突变位点不同，症状也有所区别。《自然》论文中的小鼠一出生就没有视力，《实验动物学杂志》论文中的小鼠则是一开始能看到，病情会随着时间推移而迅速发展，直至失明。最核心的区别则在于治疗小鼠的科学方法：前者属于干细胞治疗，后者属于基因治疗。此外，最近发表的这项成果也是他入职武汉科技大学后，首个完全在国内完成的重要工作。
“相对而言，基因疗法比干细胞疗法要更安全、更成熟一些。更重要的是，这次开发的新型基因编辑工具不仅能用于眼病，还能用于更广泛的人类遗传疾病治疗。”姚凯说。
新型基因编辑工具：几乎可以应用于所有遗传疾病
在全世界，基因编辑疗法都是一个备受关注的新兴领域。2019年，美国食品药品监督管理局(FDA)批准了世界上首例直接在人体内使用的CRISPR/Cas9基因编辑疗法的临床试验，应用于治疗莱伯氏先天性黑蒙症。这个案例也让越来越多基因编辑领域的科学家聚焦到眼科疾病的治疗上。
但很多眼科疾病都有非常复杂的遗传基础。以视网膜色素变性为例，这种疾病可能涉及上百种基因，而每一种基因中又有多种不同的突变，这对传统的基因编辑工具来说是非常严峻的挑战。
“传统的基因编辑技术至少有两大局限。”姚凯解释道，“首先是只能编辑单个碱基，一旦有些基因突变涉及多个碱基位点，就束手无策了；第二是只能在特定位置，也就是我们所说的PAM序列上进行编辑，但并不是所有致病的基因突变都涉及PAM序列。”
此次，姚凯团队开发出的新型基因编辑技术——PESpRY，最大的优势就是突破了上述两大局限，能在全基因组上不受限制地进行编辑。
在这种新工具的帮助下，姚凯团队首次在哺乳动物的视网膜神经细胞中实现了基因组编辑。而他们清楚，这项技术的应用前景远不仅限于此。
“除了极少数情况，例如基因组出现拷贝数变异和大规模结构重排外，这项基因编辑工具几乎可以应用于所有的人类遗传疾病。”美国科学院院士、眼部疾病专家Krzysztof Palczewski和加州大学欧文分校的基因编辑专家Samuel W.Du在评论文章中表示。
Samuel W.Du、Krzysztof Palczewski评论文章
与此同时，两位专家也提醒，这项技术如果想安全地应用于临床，还需要密切关注潜在的基因编辑脱靶风险。
这也正是团队下一步要努力的方向。“我们准备通过大量的实验，把脱靶效应降到最低，直到可以忽略不计。”姚凯说，“我们希望能在不久的将来解决这个问题。”
扎根地方高校，继续追寻梦想
2017年姚凯回到武汉时，有多所高校向他伸出了橄榄枝，其中也包括一些“双一流”高校。他之所以选择武汉科技大学，是因为“这里能给我最好的科研条件”。
“学校专门为我们成立了‘视神经科学与干细胞工程研究院’，批准了将近500平方米的实验区域，这让我有机会组建更大的团队，也有足够的空间来建设用于观测动物行为的暗室，这都对我的科研工作起到了非常大的助力。”姚凯说。
在这里，姚凯建立了一个非常年轻的科研团队，这篇论文的4名一作都是“90后”博士生：覃欢主要负责分子与细胞实验以及高通量测序；张文良负责制造和包装基因编辑工具，在不断的改进优化中突破着技术上的壁垒；张士尧主要负责开展动物行为学试验，一天有超过12个小时要待在漆黑的房间里与小鼠作伴；冯源主要负责数据处理和统计；而对操作手法要求最高的小鼠眼底注射实验，则都由姚凯亲手完成。
四名共同一作(从左至右：覃欢、张文良、张士尧、冯源)
“我们在开展这项研究的过程中，因为疫情遭遇过实验停摆的困境，也为了保证实验的延续性连续2、3年没有回家。但结果出来了，就觉得一切都是值得的。”覃欢笑道。
姚凯非常期待有一天，自己的成果能真正走上临床，“帮助更多人找回光明，成为一名真正的追光者。”
姚凯团队合影(前排左五为姚凯)
(本报见习记者李思辉对此文亦有贡献)
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