編譯 凌寒

基因編輯技術(shù)已經(jīng)在一些罕見的情況下進(jìn)行試驗(yàn)，更多的人體臨床試驗(yàn)即將啟動(dòng)。

自從CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)問世以來，它就激發(fā)了人們對(duì)其或夸張或謹(jǐn)慎的預(yù)測(cè)：例如，我們也許很快就能讓遠(yuǎn)古時(shí)代的野獸復(fù)活，或者創(chuàng)造出經(jīng)過設(shè)計(jì)的嬰兒。雖然此類應(yīng)用可能永遠(yuǎn)都沒有機(jī)會(huì)問世，但基因編輯技術(shù)已經(jīng)在遺傳學(xué)研究領(lǐng)域掀起了一場(chǎng)革命，它使得科學(xué)家能夠在實(shí)驗(yàn)室中輕松操縱模式生物。此外，許多生物醫(yī)學(xué)科學(xué)家將該系統(tǒng)視作修復(fù)活躍在無數(shù)遺傳疾病中的問題DNA的一種方法。

奮戰(zhàn)在基于CRISPR技術(shù)的治療方法研發(fā)前沿的科學(xué)家和企業(yè)已經(jīng)從相對(duì)溫和的目標(biāo)入手，瞄準(zhǔn)了罕見的單基因疾病，主要目標(biāo)是移植經(jīng)過修飾的細(xì)胞，而不是在體內(nèi)設(shè)置一個(gè)基因編輯遞送系統(tǒng)。但如果監(jiān)管機(jī)構(gòu)能夠批準(zhǔn)，這類療法可以作為CRISPR在醫(yī)學(xué)上更廣泛使用的“風(fēng)向標(biāo)”。

克利夫蘭診所的醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)家戴維·弗蘭納里（David Flannery）表示：“到目前為止，基因療法一直包括試圖將基因（新拷貝）植入人體細(xì)胞中，而這一直很困難?！毕喾矗珻RISPR提供了一種對(duì)細(xì)胞中已經(jīng)存在的基因進(jìn)行微調(diào)的方法。

CRISPR體外療法

2017年，隨著諾華公司Kymriah療法獲批，美國(guó)食品藥品管理局（FDA）首次批準(zhǔn)了一種包含轉(zhuǎn)基因細(xì)胞的治療方法——這是一種癌癥免疫療法。將患者自身的T細(xì)胞從血液中提取出來，然后用一種插入了嵌合抗原受體（CAR）基因的病毒進(jìn)行處理。生成的CAR-T細(xì)胞隨后被擴(kuò)增并重新輸回體內(nèi)。目前正在開發(fā)中的基于CRISPR技術(shù)的體外療法也采用了類似的方法。

賓夕法尼亞大學(xué)腫瘤學(xué)家愛德華·斯塔德特摩爾（Edward Stadtmauer）啟動(dòng)了一期臨床試驗(yàn)來測(cè)試一種療法，該療法將符合條件的癌癥患者血液中的T細(xì)胞過濾出來，然后使用CRISPR技術(shù)敲除細(xì)胞現(xiàn)有的3個(gè)T細(xì)胞受體（TCRα,TCRβ,PD-1）并且以慢病毒為載體向細(xì)胞中插入NY-ESO-1（一種出現(xiàn)于某些癌癥細(xì)胞表面的蛋白）的受體。經(jīng)過修飾的細(xì)胞被擴(kuò)增過幾周，且患者接受了簡(jiǎn)短的化療后，研究人員會(huì)將這些細(xì)胞回輸至患者體內(nèi)，斯塔德特摩爾說道。他目前正在為此次臨床試驗(yàn)招募患者。

總部位于瑞士的CRISPR療法公司也正在籌備基于CRISPR的癌癥免疫療法。該公司已宣布，計(jì)劃在2018年年底前向FDA提交一份該類療法相關(guān)的臨床試驗(yàn)性新藥（IND）申請(qǐng)。在賓夕法尼亞大學(xué)進(jìn)行的試驗(yàn)中，該療法是基于敲除T細(xì)胞受體，并添加一種CAR用于尋找癌癥相關(guān)表面蛋白——在本案例中，該蛋白為CD19。與賓夕法尼亞大學(xué)采用的方法不同的是，該公司計(jì)劃使用來自健康捐贈(zèng)者的細(xì)胞，并移除其主要組織相容性復(fù)合體1。該公司研究人員希望，這種修飾能夠使該療法在不觸發(fā)免疫反應(yīng)的情況下，應(yīng)用于多名患者。

用于自體CAR-T療法的患者細(xì)胞被多次暴露于抗原和炎癥信號(hào)中。其結(jié)果就是，他們“經(jīng)常被折騰得體無完膚，筋疲力盡，當(dāng)遇到抗原時(shí)，他們往往無法擴(kuò)增，”該公司研發(fā)部門主管托尼·霍（Tony Ho）解釋道，“使用我們的技術(shù)，可以打造出……一種通用的現(xiàn)成的治療方法。”該療法使用了健康人的細(xì)胞來避免這種缺陷。

除了癌癥，CRISPR療法公司旨在利用體外CRISPR編輯治療β-地中海貧血和鐮狀細(xì)胞性貧血等血液疾病。他們的想法是從患者的血液中提取造血干細(xì)胞，并對(duì)其進(jìn)行編輯，使其能夠生成胎兒血紅蛋白，以此作為變通方案來解決這兩種疾病中存在的有缺陷的成人血紅蛋白的問題。公司已向歐洲監(jiān)管機(jī)構(gòu)申請(qǐng)?jiān)S可，以便為β-地中海貧血啟動(dòng)1/2期臨床試驗(yàn)，并計(jì)劃2018年晚些時(shí)候?qū)ζ涫讉€(gè)患者進(jìn)行治療，但其準(zhǔn)備在美國(guó)進(jìn)行的針對(duì)鐮狀細(xì)胞性貧血的類似治療計(jì)劃5月份時(shí)卻被擱置，因?yàn)镕DA在對(duì)IND進(jìn)行審查時(shí)要求該公司回答附加問題。

斯坦福大學(xué)的醫(yī)學(xué)研究員馬修·波提烏斯（Matthew Porteus）和他的團(tuán)隊(duì)一直致力于修復(fù)造血干細(xì)胞中的主效突變位點(diǎn)，這是治療鐮狀細(xì)胞性貧血的一種更為直接的方法。因?yàn)檫@種疾病是由單核苷酸突變引起的，“紙上談兵說起來就很輕松，‘如果我們能把它恢復(fù)到不會(huì)引起疾病的狀態(tài)，我們就能夠治愈這種疾病了。’”他說道。

在實(shí)驗(yàn)室中，研究小組利用了CRISPR和同源介導(dǎo)的修復(fù)（HDR）技術(shù)，該技術(shù)在修復(fù)CRISPR的雙鏈斷裂時(shí)，為細(xì)胞提供一些DNA作為模板。此技術(shù)用以修復(fù)患者60%到80%的突變細(xì)胞，波提烏斯預(yù)計(jì)這一比例用于緩解疾病癥狀的治療將綽綽有余。下一步則是將這些經(jīng)過編輯的細(xì)胞回輸?shù)交颊唧w內(nèi)，讓他們自然地進(jìn)入骨髓，并開始產(chǎn)生健康的紅細(xì)胞。波提烏斯估計(jì)關(guān)于這種療法的臨床試驗(yàn)可能會(huì)在2019年年中啟動(dòng)。最終，他希望不僅能夠治療鐮狀細(xì)胞性貧血，也能治愈其他血液遺傳疾病，包括β-地中海貧血?！叭绻覀兂晒α耍蚁嘈盼覀儗碛锌梢詰?yīng)用于數(shù)百種其他疾病的平臺(tái)，甚至不需要太多改變。”他說道。

加州大學(xué)伯克利分校的基因組編輯研究員雅各布·科恩（Jacob Corn）也在使用HDR技術(shù)治療鐮狀細(xì)胞疾病，同時(shí)也著眼于圍繞造血干細(xì)胞的其他相關(guān)疾病。他將他的團(tuán)隊(duì)的方法比喻成對(duì)病人的基因組進(jìn)行精確的“手術(shù)”，該“手術(shù)”根據(jù)每個(gè)人的突變進(jìn)行定制編輯。科恩是一家基因編輯生物技術(shù)公司“聚焦療法”的聯(lián)合創(chuàng)始人，同時(shí)也從其他幾家公司獲得酬金或擁有股份。他希望最早能在2019年啟動(dòng)關(guān)于鐮狀細(xì)胞病的臨床試驗(yàn)。

“每天都能得到很多振奮人心的結(jié)果?！笨贫髡f，“盡管目前還沒有類似治療方法進(jìn)入市場(chǎng)，但我樂觀地認(rèn)為，就算花上10年時(shí)間，我們也要看到廣泛應(yīng)用的治療性基因編輯?！?/p>

CRISPR原位療法

位于馬薩諸塞州坎布里奇市的Intellia療法公司針對(duì)癌癥和鐮狀細(xì)胞疾病的體外療法已進(jìn)入臨床前準(zhǔn)備階段，但實(shí)際上其最先進(jìn)的項(xiàng)目是體內(nèi)療法。利用脂質(zhì)納米顆粒將CRISPR機(jī)制遞送給甲狀腺素運(yùn)載蛋白淀粉樣變性患者的肝細(xì)胞，研究人員希望此舉能夠使發(fā)生了突變的編碼甲狀腺素運(yùn)載蛋白的等位基因失效。這種蛋白質(zhì)在人體中并沒什么重要作用，但它的一種異常版本卻可以在外周循環(huán)系統(tǒng)中形成沉淀，導(dǎo)致四肢感覺喪失；有時(shí)則在自主神經(jīng)系統(tǒng)中形成沉淀，這種情況則會(huì)引發(fā)生理功能障礙。Intellia公司高級(jí)副總裁湯姆·巴恩斯（Tom Barnes）說：“通常情況下，甲狀腺素運(yùn)載蛋白在人體中沒什么重要作用，所以與其讓你患上這種致命的淀粉樣變性，那么還不如完全清除這種蛋白質(zhì)?！边@種治療方法旨在同時(shí)敲除這兩種拷貝，一次性治療在小鼠身上顯示出了持續(xù)的療效，公司計(jì)劃在2019年晚些時(shí)候提交IND申請(qǐng)。

向體內(nèi)注射CRISPR的潛在陷阱是存在引發(fā)免疫反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。位于馬薩諸塞州坎布里奇市的愛迪塔斯醫(yī)藥公司成立于5年前，其合伙人包括博德研究所的張鋒和哈佛大學(xué)的喬治·丘奇（George Church），研究者們希望在治療遺傳性眼疾時(shí)，將CRISPR直接遞送至眼部和其他擁有免疫豁免特性且不太可能因治療產(chǎn)生炎癥反應(yīng)的器官來避免這樣的問題。

籌備中的最成熟的療法，其治療對(duì)象是萊伯氏先天性黑蒙中的一種，這種遺傳性疾病會(huì)導(dǎo)致視力喪失或失明。在愛迪塔斯公司瞄準(zhǔn)的這種疾病亞型中，內(nèi)含子的一個(gè)點(diǎn)突變會(huì)導(dǎo)致CEP290轉(zhuǎn)錄本的拼接異常。該療法旨在通過非同源性末端接合（NHEJ）——一種不涉及模板的DNA修復(fù)過程——來剪除突變。2018年5月，在美國(guó)基因與細(xì)胞治療學(xué)會(huì)會(huì)議上，一位來自愛迪塔斯公司的研究員展示了該療法在獼猴中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果顯示該療法耐受性良好，并成功編輯了CEP290基因。該公司宣布計(jì)劃很快提交IND申請(qǐng)?！拔覀兿嘈?，如果我們修復(fù)了CEP290蛋白，我們也將恢復(fù)‘眼部光感受器的功能’，從而顯著改善這些視力嚴(yán)重受損（如果不是失明的話）的患者的視力?！笔紫茖W(xué)家查理·奧爾布賴特（Charlie Albright）解釋說。

愛迪塔斯公司還將從萊伯氏先天性黑蒙治療方案的研發(fā)過程中吸取的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到其他遺傳性眼科疾病的治療中，比如亞瑟綜合征2a，以及致盲性單純皰疹病毒I型感染，奧爾布賴特說道。

CRISPR療法面臨重重考驗(yàn)

無論體內(nèi)療法還是體外療法在進(jìn)入臨床的道路上都面臨著重重考驗(yàn)。在體內(nèi)進(jìn)行基因編輯時(shí)，遞送是一個(gè)棘手的挑戰(zhàn)。巴恩斯告訴《科學(xué)家》雜志：“CRISPR的偉大之處在于,當(dāng)它位于細(xì)胞核內(nèi)時(shí)，它的工作原理就像宣傳的那樣?！薄疤魬?zhàn)在于你需要圍繞它構(gòu)建相關(guān)平臺(tái)?！卑投魉拐f，用患者自身經(jīng)過改造的細(xì)胞制成的治療藥物非常復(fù)雜，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，相比其他藥物，其注冊(cè)審批流程不甚明確。

除了這些挑戰(zhàn)之外，新的研究不斷發(fā)現(xiàn)CRISPR體內(nèi)和體外療法潛在的有害副作用。例如，2018年6月，兩篇論文發(fā)現(xiàn)：在某些類型的細(xì)胞中，CRISPR有可能通過p53通路導(dǎo)致細(xì)胞死亡，因此，在編輯過程中存活下來的細(xì)胞很可能攜帶p53突變——一種可能會(huì)致癌的缺陷。7月，研究人員報(bào)告說，由CRISPR誘發(fā)的剪切可能會(huì)在基因組的遠(yuǎn)端產(chǎn)生意想不到的影響。關(guān)于這兩個(gè)案例的新聞均導(dǎo)致了致力于開發(fā)CRISPR療法的公司股價(jià)下跌。

致力于開發(fā)CRISPR療法的研究人員告訴《科學(xué)家》雜志，他們?cè)缇鸵庾R(shí)到了這種危險(xiǎn)，同時(shí)正在采取措施減輕這種危險(xiǎn)。然而，考慮到Cas9能夠?qū)е码p鏈DNA斷裂，“總有出問題的可能性，”6月份其中一篇研究論文的共同作者、劍橋大學(xué)的尤西·泰帕雷（Jussi Taipale）說，“因此，在醫(yī)療效益和治療風(fēng)險(xiǎn)之間取得平衡至關(guān)重要?！?/p>

CRISPR療法

研究人員希望利用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)開發(fā)出多種遺傳疾病甚至癌癥的治療方法。這些臨床干預(yù)可能采取體外治療的形式，即在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)細(xì)胞進(jìn)行編輯并將其輸入患者體內(nèi)；或者體內(nèi)治療的形式，即將基因編輯裝置直接遞送到受疾病影響的組織。

方法：從血液中提取細(xì)胞，使用CRISPR對(duì)其進(jìn)行修飾，編輯后的細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)增，并將其注入體內(nèi)；另一種方法是將來自健康供體的經(jīng)過修飾的細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)增，并注入多個(gè)患者體內(nèi)例子：幾個(gè)研究小組和公司正在開發(fā)通過修飾自體造血干細(xì)胞治療鐮狀細(xì)胞病或β-地中海貧血的治療方法，已在2018年開始試驗(yàn)正在進(jìn)行的試驗(yàn)旨在通過定制受體來修飾自體或供體T細(xì)胞，以期更好地對(duì)抗癌癥 障礙：監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)定制的、基于細(xì)胞的療法缺乏經(jīng)驗(yàn)，而且其制造工藝比傳統(tǒng)藥物的生產(chǎn)工藝要復(fù)雜得多 體外療法 體內(nèi)療法方法：使用載體，比如納米顆?；虿《荆瑢RISPR-Cas9遞送至體內(nèi)的靶細(xì)胞或組織例子：愛迪塔斯公司正計(jì)劃為一項(xiàng)試驗(yàn)提交IND申請(qǐng)，該試驗(yàn)會(huì)將攜帶CRISPR-Cas9的腺相關(guān)病毒注射到眼部，作為萊伯氏先天性黑蒙的治療方案Intellia療法公司計(jì)劃2019年提交一份IND申請(qǐng)，用于治療甲狀腺素運(yùn)載蛋白淀粉樣病變，該療法使用攜帶CRISPR的脂質(zhì)納米顆粒來清除肝臟中產(chǎn)生的一種致病的異常蛋白障礙：將CRISPR-Cas9植入能夠起到治療作用的足夠數(shù)量的靶細(xì)胞是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。潛在的安全問題包括對(duì)基因組進(jìn)行非目標(biāo)性編輯的可能性，以及在接受者體內(nèi)引發(fā)免疫反應(yīng)的可能性

資料來源 The Scientist