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        基因編輯技術(shù)在基因治療中的應(yīng)用進(jìn)展

        2019-02-15 11:32:25謝芳艷
        生物化工 2019年1期
        關(guān)鍵詞:基因治療病毒基因

        謝芳艷

        (山東師范大學(xué)附屬中學(xué),山東濟(jì)南 250014)

        所謂基因治療,指的是通過對細(xì)胞基因的“修飾”實(shí)現(xiàn)對相關(guān)疾病的治療。對于單基因疾病來說,其與堿基突變有著密不可分的關(guān)系,在基因治療的過程中,通過恢復(fù)基因水平來治療疾病,而對于多基因疾病來說,其治療難度則較大。從本質(zhì)上來講,基因治療是通過導(dǎo)入正常的基因來替代缺陷基因,就目前來看,逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)的基因治療方式已經(jīng)進(jìn)入到臨床階段,這種方式能夠?qū)⑺杌蛘系交蚪M中,以此來替代缺陷基因,但需要注意的是,逆轉(zhuǎn)錄病毒整合有著隨機(jī)性特點(diǎn),存在較大安全隱患。而基因編輯技術(shù)則能夠有效解決這一問題,其修復(fù)更為高效和安全,對于促進(jìn)基因治療的發(fā)展有著重要的作用?;诖?,本文簡要分析了基因編輯技術(shù)及其在基因治療中的應(yīng)用和進(jìn)展,旨在為相關(guān)研究與實(shí)踐提供參考。

        1 基因編輯技術(shù)原理

        基因編輯技術(shù)即指人類能夠根據(jù)自身意愿來對目標(biāo)基因進(jìn)行“編輯”,有目的性地刪除或加入DNA片段。具體來說,基因編輯主要包含以下3種手段。

        1.1 基因敲除

        如果想要讓某個(gè)基因的功能消失,則可以在此基因上產(chǎn)生DNA雙聯(lián)斷裂(DSB),在非同源末端連接修復(fù)的過程中,往往會(huì)產(chǎn)生DNA的插入或刪除,從而實(shí)現(xiàn)移碼的突變,最終實(shí)現(xiàn)基因敲除,成功讓某個(gè)基因的功能消失[1]。

        1.2 特異突變引入

        特異突變引入指的是在基因組上引入某個(gè)特異突變,一般需要通過同源重組才能夠?qū)崿F(xiàn)特異突變引入。需要注意的是,在正常情況下,同源重組效率較低,在此位點(diǎn)產(chǎn)生DSB則能夠有效解決這一問題。

        1.3 定點(diǎn)轉(zhuǎn)基因

        定點(diǎn)轉(zhuǎn)基因原理與特異突變引入的原理類似,將某個(gè)轉(zhuǎn)基因加入到同源模板中,DSB修復(fù)過程中,此轉(zhuǎn)基因會(huì)被拷貝到基因組中,由此實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)轉(zhuǎn)基因。

        2 基因編輯技術(shù)在基因治療中的應(yīng)用進(jìn)展

        基因編輯技術(shù)屬于新興技術(shù),其在疾病治療領(lǐng)域中的應(yīng)用時(shí)間較短,就目前來看,已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用成果,下面即結(jié)合實(shí)際情況,簡要分析基因編輯技術(shù)在基因治療中的具體應(yīng)用和進(jìn)展。

        2.1 基因編輯已經(jīng)進(jìn)入到臨床階段

        以往基因編輯技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用局限于細(xì)胞內(nèi),或應(yīng)用于動(dòng)物臨床研究,而隨著基因編輯技術(shù)的不斷成熟,其在基因治療中的應(yīng)用正式進(jìn)入到了人體臨床階段[2]。2017年,美國著名生物醫(yī)學(xué)治療公司Sangamo對外宣布,其已經(jīng)針對部分單基因遺傳病開展了相關(guān)人體臨床試驗(yàn),并進(jìn)行了在人體內(nèi)部的基因編輯試驗(yàn),這是基因編輯技術(shù)的一個(gè)里程碑,標(biāo)志著基因編輯在基因治療中的應(yīng)用進(jìn)入到了人體臨床階段。

        2.2 單基因遺傳病治療的發(fā)展

        相較于多基因疾病來說,應(yīng)用基因治療方式來治療單基因疾病要更為容易一些,基因編輯技術(shù)在此領(lǐng)域中的應(yīng)用也相對更為成熟和廣泛。就目前來看,在此領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)和焦點(diǎn)是CRISPR編輯技術(shù)的應(yīng)用[3]。例如,美國感染疾病研究所采用了這種基因編輯技術(shù),通過對造血干細(xì)胞的基因編輯和修復(fù),來替代缺陷基因,將編輯之后的造血干細(xì)胞進(jìn)行移植,由此產(chǎn)生功能正常的白細(xì)胞,從而實(shí)現(xiàn)對相關(guān)疾病的治療。此外,德州大學(xué)也采用了這種基因編輯方式應(yīng)用于疾病治療,其以人類心肌細(xì)胞模型和動(dòng)物模型為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)基因修復(fù),治療效果較為優(yōu)良。

        2.3 在眼科疾病治療中的應(yīng)用

        一些眼科疾病也可以應(yīng)用基因編輯技術(shù)治療,其中包括青光眼、遺傳性視網(wǎng)膜病等等,且取得了很好的成效和重要進(jìn)展。美國國立健康研究所以腺病毒作為載體,利用基因編輯系統(tǒng),靶向敲除小鼠視網(wǎng)膜細(xì)胞中的缺陷基因,對于緩解和治療色素性視網(wǎng)膜炎和視網(wǎng)膜退化等疾病有著重要作用。韓國相關(guān)研究機(jī)構(gòu)在此方面也有著重要研究,其采用腺相關(guān)病毒攜帶CRISPR/Cas9實(shí)現(xiàn)了對小鼠內(nèi)視網(wǎng)膜細(xì)胞中的失明基因的修飾,從而將遺傳性視網(wǎng)膜疾病成功采用這種方式治愈[4]。此外,該機(jī)構(gòu)還將基因編輯系統(tǒng)復(fù)合物注射到患有濕性黃斑變性疾病小鼠的眼睛中,實(shí)現(xiàn)了對相關(guān)缺陷基因的局部修飾,從而有效控制鞏膜與網(wǎng)膜之間新血管的生成,對濕性黃斑變性疾病的治療效果優(yōu)良。此外,還有相關(guān)研究中也證明了基因編輯技術(shù)能夠有效治療相關(guān)眼科疾病,如廣角青光眼的緩解和治療等。

        2.4 在艾滋病、腫瘤等疾病中的探索應(yīng)用

        CRISPR/Cas9是基因編輯技術(shù)領(lǐng)域的革命性成果,其在基因治療領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛,利用這一基因編輯工具,能夠?qū)崿F(xiàn)對基因中特定位點(diǎn)DNA進(jìn)行切割,最新研究表明,利用此項(xiàng)技術(shù),能夠讓癌癥突變失活,實(shí)現(xiàn)對癌癥的緩解和治療。

        近年來,艾滋病的發(fā)病率雖然得到了一定控制,但沒有根治的方法。當(dāng)艾滋病毒復(fù)制潛入到人體細(xì)胞時(shí),會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞變得混亂,病毒大量復(fù)制,最終蔓延到全身?,F(xiàn)有的艾滋病防治藥物中,主要原理是阻止病毒整合進(jìn)入到人體細(xì)胞DNA中,還有一些抑制艾滋病毒活性,避免產(chǎn)生更多的病毒,但這些藥物治療方法并不能真正刪除掉隱藏于人類細(xì)胞中的病毒DNA,這些病毒可以持續(xù)休眠很長時(shí)間,之后再次被激活,從而威脅人類身體健康[5]。而利用CRASPR這一基因編輯技術(shù),則能夠有效預(yù)防和治愈艾滋病。這種技術(shù)能夠精準(zhǔn)編輯基因組中的序列,這對于艾滋病治療方法的創(chuàng)新和研發(fā)有著積極的意義。有科學(xué)家利用這一技術(shù)來編輯人體免疫T細(xì)胞中的基因,在某些基因被編輯之后,能夠甄別細(xì)胞的突變,從而保護(hù)T細(xì)胞避免受到病毒的入侵、感染和傳染,從而徹底清除艾滋病毒,實(shí)現(xiàn)對艾滋病的預(yù)防和治療。

        3 基因編輯技術(shù)應(yīng)用的挑戰(zhàn)

        基因編輯技術(shù)在基因治療領(lǐng)域中的應(yīng)用帶來很大的益處,其發(fā)展前景十分廣闊,但在應(yīng)用的過程中也存在一定的挑戰(zhàn)。

        第一,基因編輯技術(shù)本身存在一定的局限性,無論何種基因編輯技術(shù)都存在一定的脫靶效應(yīng),此外,在操作上也存在不便之處,使得基因?qū)胂到y(tǒng)存在限制,基因?qū)肜щy的問題一直沒有得到良好的解決。尤其是脫靶效應(yīng),可能導(dǎo)致細(xì)胞的部分功能喪失,甚至存在過敏問題和毒性問題,在應(yīng)用的過程中,很容易給人的身體造成傷害,因此在未來發(fā)展的過程中,如何克服脫靶效應(yīng)將是其在基因治療領(lǐng)域進(jìn)一步應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

        第二,是社會(huì)監(jiān)管和輿論問題。總體而言,基因編輯技術(shù)尚處于起步發(fā)展階段,其存在較大的不確定性,相關(guān)監(jiān)管技術(shù)也不夠成熟,社會(huì)對基因編輯技術(shù)的認(rèn)識不全面,這一定程度阻礙了基因編輯技術(shù)的應(yīng)用。從監(jiān)管方面來看,相關(guān)檢測方法并不明確,檢測標(biāo)準(zhǔn)也存在一定漏洞?;蚓庉嫾夹g(shù)存在基因刪除、突變和插入等多種類型,不同類型應(yīng)當(dāng)有針對性地采用不同的檢測方法,并保證檢測的準(zhǔn)確性和效率性。而對于不同疾病的治療,也需要采取不同的檢測標(biāo)準(zhǔn),這都是未來需要逐步解決的問題。而對于輿論導(dǎo)向,相關(guān)媒體對基因編輯技術(shù)的宣傳過于片面,甚至有許多妖魔化的報(bào)道,對基因編輯技術(shù)在基因治療領(lǐng)域的應(yīng)用認(rèn)識不正確。對此,政府部門應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)教育和輿論引導(dǎo),合理宣傳,以客觀的態(tài)度了解基因編輯技術(shù)。

        4 結(jié)語

        隨著人類科學(xué)和生物技術(shù)的不斷進(jìn)步,基因編輯技術(shù)也逐步走向成熟,其在基因治療領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。而在發(fā)展和應(yīng)用的過程中,也應(yīng)當(dāng)逐步解決脫靶效應(yīng)、操作便利性、提高成功率等一系列問題,并以引導(dǎo)輿論,正視基因編輯技術(shù),加強(qiáng)監(jiān)管,制定嚴(yán)格的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn),只有這樣才能夠進(jìn)一步促進(jìn)基因編輯技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)其在人類生產(chǎn)、基因治療等方面的應(yīng)用,提升其應(yīng)用價(jià)值。

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