把 “潘多拉魔盒” 变成“济世悬壶”

来源: 中国科学报 / 作者: 2019-09-05
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今年秋天,18 位患有莱伯氏先天性黑朦 10 型的美国盲人将接受一种新型疗法的临床试验。引人注目的是,这款叫做 EDIT—101 的治疗方案,是由 Editas Medicine 和 Allergan 两家公司开发的一种基因编辑疗法。

这并不是基因编辑技术第一次走入正规的人类临床试验,但由于 EDIT—101 需要直接注射进患者的视网膜下,因而有望成为世界上第一款直接在人体内使用的 CRISPR/ Cas9 基因编辑疗法。

近年来,利用 CRISPR/ Cas9 基因编辑技术治疗人类疾病的研究方兴未艾。今天的我们,究竟该如何理解这种技术对人类的意义,它究竟是 “济世的悬壶”,还是 “潘多拉的魔盒”?

另辟蹊径的 “基因剪刀”

莱伯氏先天性黑朦(LCA),是一种严重的遗传性视网膜病变,也是导致儿童先天性眼盲的主要原因之一。患有这种疾病的婴儿,会在 1 岁以内快速丧失双眼视锥细胞功能,直至完全失明。

LCA 可分为多种不同类型,大多数是由常染色体上的不同基因突变引起的。因此,科研人员很早就开始探索这种疾病的基因疗法。

2017 年底,首个针对 LCA2 型的基因治疗药物 Luxturna 获美国食品药品监督管理局批准上市。LCA2 型是由 RPE65 基因突变引起的。而 Luxturna 的基本治疗原理,就是通过 AAV 病毒载体,把正常的 RPE65 基因递送到视网膜细胞。2018 年 3 月,美国马萨诸塞州眼耳专科医院首次对人类患者进行了商业治疗性质的 Luxturna 药物注射。当时这位患者支付了 85 万美元的治疗费用。

但是,另一种类型的 LCA10 型,却无法复制这种治疗思路。因为引起这种疾病的是另一个发生突变的基因——CEP290 基因。CEP290 基因的编码序列比较大,远远超出了 AAV 病毒的包装能力。简单而言,就是娇小的运输车无法把大块头的正常基因运送到视网膜细胞中——它 “超载” 了。

Editas Medicine 公司决定另辟蹊径,他们依然雇佣了 AAV 病毒这种运输车,但搭载的不是正常 CEP290 基因,而是能破坏突变基因的 “基因剪刀”——金黄色葡萄球菌 Cas9(一种 CRISPR/ Cas9 基因编辑工具)。在 CEP290 特异向导 RNA 的引路下,这种基因剪刀在眼睛的光感受细胞内直接将突变内含子中的突变序列整体删除或倒位,从而恢复了 CEP290 的正常表达。

在开展人类临床试验之前,这项技术已经过了视网膜组织体外实验、小鼠实验和灵长类动物安全实验,相关论文于今年 1 月发表于《自然—医学》。

对大众而言,基因疗法和基因编辑疗法的概念或许并不那么容易区分。

“多数已经走上应用的基因疗法是通过向细胞内导入正常基因实现的,这种方法不对患者原有的基因组进行改变;而基因编辑疗法作为基因疗法中特殊的一类,则是利用 CRISPR/ Cas9 基因编辑工具,直接在患者自身基因上‘修修补补’。” 中国科学技术大学教授薛天向《中国科学报》解释。可以看到,上述 LCA2 型的治疗手段属于传统的基因治疗,而针对 LCA10 型的 EDIT—101 疗法,则是真正意义上的基因编辑疗法。

取道巧妙的先行者

近年来,针对眼科疾病的基因治疗研究开展得如火如荼。据不完全统计,已经获得相关国家卫生部门批准应用于临床治疗,或正处于临床研究的基因包括:与先天性黑朦相关的 RPE65 基因、CEP290 基因;与视网膜色素变性相关的 RPGR 基因、PDE6B 基因、USH2A 基因;与无脉络膜症(一种从夜间视力降低和周边视力逐渐丧失开始,最终导致视力丧失和失明的疾病)相关的 REP-1 基因,等等。

“眼科疾病是基因治疗的一个热门领域。” 中科院神经科学研究所研究员仇子龙告诉《中国科学报》,“部分原因在于,眼睛在人体内是一个比较独立的器官。由于缺乏大血管,经过视网膜下注射的药物不容易经由血液循环蔓延到身体其他地方,相对来说,安全性较有保障。”

近年来,薛天、仇子龙以及中国科技大学副教授章梅等人合作,利用一种名为 TRED 的 CRISPR/RecA 新型基因编辑技术,探索对视网膜色素变性的基因编辑治疗。患有视网膜色素变性的小鼠经过基因编辑处理后,视锥细胞和视杆细胞的退化状况有所减轻,视网膜的感光功能出现了一定程度的恢复。

与 EDIT—101 不同,TRED 疗法不仅用基因编辑工具破坏突变基因,还通过引入 MS2—RecA 复合蛋白系统,促进突变位点的同源重组,从而实现基因矫正和细胞功能修复的目的。

“CRISPR/ Cas9,正像它的绰号‘基因魔剪’那样,是一把能剪开基因的剪刀。” 仇子龙说,“比较两种针对眼科疾病的基因编辑疗法,EDIT—101 是通过基因编辑对由基因突变导致的异常基因剪切位点进行修复;TRED 则是先剪开异常基因,再像打补丁一样,把正常的基因修复上去。”

在当前的技术水平下,单纯使用 CRISPR/ Cas9 剪切破坏基因序列的成功率比较高,而机体自发的同源重组进行修复的成功率则非常低。薛天认为,EDIT—101 这种治疗方案针对 LCA10 型这一特殊遗传疾病,仅需破坏一定的基因组序列,巧妙避开了目前同源重组修复效率低下这一普遍技术难题。因此,EDIT—101 很适合作为一个打开 CRISPR/ Cas9 基因编辑治疗之门的先导方向。

然而,像 LCA10 型这样只需要剪切异常基因就能治好的遗传性疾病毕竟是少数。“绝大多数遗传疾病,还是需要把 CRISPR 基因剪刀和其他的修复工具配合在一起发挥作用。因此,怎么提高修复效率,是科研人员未来必须攻克的问题。” 仇子龙说。

打开方式正确就不是 “潘多拉魔盒”

EDIT—101 并不是第一个获批进入临床试验的基因编辑治疗方案。

早在 2018 年 5 月,欧洲就首次批准了利用基因编辑技术治疗β型地中海贫血的临床试验,这也是欧洲批准利用 CRISPR/ Cas9 基因编辑技术治疗的第一种人类疾病。这种名为 CTX—001 的治疗方案是对患者的造血干细胞进行体外基因编辑,验证无误后再移植进患者体内。

华东师范大学研究员吴宇轩曾参与这一研究。他对《中国科学报》说:“包括多种眼科疾病、β型地中海贫血、镰刀状细胞型贫血等在内,目前开展的基因编辑临床试验大都以当下无药可治的遗传疾病为攻克目标,如若成功,可以立即造福病人与社会,同时也可以反馈信息以促进基因编辑研究的进一步发展。”

然而,与传统的医疗技术相比,基因编辑疗法似乎更容易触动公众的敏感神经。有人视基因编辑为 “潘多拉魔盒”,对 CRISPR/ Cas9 这把“基因魔剪” 逐渐从实验室走向更广泛的人类生活感到不安。

对此,几位受访专家均表示,有必要严格区分对人类胚胎、生殖细胞的基因编辑和对成体细胞的基因编辑。前者不仅会通过遗传传递给下一代,进入全人类的基因库,还会影响个体身上的全部细胞。这对单纯的治病来讲,不仅没有必要,还会大大增加预期外不良表型的风险。因此,在可见的一段历史时期内,还应禁止开展人类胚胎和生殖细胞的基因编辑研究。

“目前来看,基于成体细胞的基因编辑疗法才是值得提倡的策略。” 吴宇轩说,“但前提是实验设计规范严格、伦理问题考虑周全,技术体系也要非常完善和成熟。”

众所周知,CRISPR/ Cas9 基因编辑过程中存在 “脱靶” 现象,也就是 “剪刀” 剪在了错误的位置上。理论上来讲,技术进步只能降低脱靶概率,却不能完全避免脱靶。

但吴宇轩认为,只要设计严谨、前期验证实验周全,脱靶并不是一个很大的威胁——目前用于临床的基因编辑策略都基于 Cas9 RNP (Cas9 蛋白与合成的 sgRNA 在体外孵育形成的复合体),Cas9 蛋白会在编辑完成后很快降解,脱靶的概率也随之大大降低。即便发生脱靶现象,在多数情况下也不会产生副作用。

“一切医学手段都是获益和风险的权衡。” 薛天说,“重要的是当一种疗法走向临床试验,被直接用于人体时,必须有专业的伦理委员会去评估它的潜在风险是否可以接受、值得接受。”

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41591-018-0327-9

https://doi.org/10.1038/s41591-019-0401-y

https://doi.org/10.1126/sciadv.aav3335

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