编辑长寿基因，让老弱血管＂Q弹爽滑＂

据说人体内的血管首尾相连可以达到10万多公里的长度。血液每天都在他们体内流动。有些是“高速公路”，有些是“国道”，有些是“乡村公路”。“新路”往往是平坦和畅通的，“旧路”往往是崎岖不平的。通过生物技术有可能修复“旧路”吗？

日前，《细胞干细胞》杂志在网上公布了中国科学院生物物理研究所团队、北京大学唐团队和中国科学院动物研究所曲靖团队的联合研究成果——第一个基因增强的人血管细胞是通过对单一长寿基因进行定向编辑获得的。

“我们对人类胚胎干细胞进行基因编辑操作，并对编辑后的干细胞进行定向分化。我们可以在实验室获得人血管内皮细胞(血管内膜)、血管平滑肌细胞(血管介质)和间充质细胞(血管外膜)。”中国科学院生物物理研究所的研究员刘光辉是该论文的交流作者之一，他说，基因增强的人类血管干细胞有望成为老旧和脆弱血管的“修复剂”，帮助修复老化和受损的血管，并可能在未来用于治疗心肌梗塞和缺血性中风等疾病。

腺病毒载体介导的“非主流”编辑选择

在基因编辑方面，CRISPR/Cas9技术享有盛誉。它与ZFN和TALEN技术一起被称为基因编辑的“三大利器”。然而，所选择的基因编辑技术并不在其中，而是被称为依赖辅助病毒的腺病毒载体介导的基因编辑技术。

一口气读不出的名字需要分解才能理解。腺病毒载体是这个“基因编辑器”的有效核心。它可以被细胞“吞噬”，它并不停留在细胞质，而是可以进入细胞核，因为要对基因进行编辑、重写、擦除等操作，它必须进入基因的“大本营”的细胞核。

然而，腺病毒载体将保留在染色体之外，不会整合到宿主细胞基因组中，因此不会对人类基因组造成损害。

“我们使用的是第三代腺病毒载体，它缺乏腺病毒的基因组序列，因此大大降低了病毒载体的毒性。”刘光辉说，可以理解的是，经过技术改造后，只有“装卸”腺病毒的功能被保留了下来，其病毒特征被完全抛弃。

当“HDAdV腺病毒”车携带的DNA同源重组序列进入细胞核后，将自动完成基因组靶序列的搜索和替换。“HDAdV技术充分利用了大片段DNA同源重组的原理进行基因编辑，这通常不会造成与CRISPR/Cas9相同的缺失效应。”刘光辉介绍说，它可以携带25-37kb长的DNA片段进入人类细胞核，取代固有的基因组片段，从而实现高效和准确的基因编辑。

使用的技术越多，就越熟练。刘光辉的研究团队在HDAdV技术的应用方面积累了多年的研究成果。早在2011年，刘光辉等人就首次使用HDAdV基因编辑技术实现了对人类疾病干细胞致病基因突变的高效、准确校正。该研究小组的研究生闫鹏泽在一次采访中表示，当CRISPR/Cas9技术刚刚问世，还没有应用于人类细胞时，实验室已经使用HDAdV技术巧妙地纠正或敲入了几个人类致病基因突变。同时，HDAdV基因编辑技术的安全性已经被多次证明。相关文章发表在《自然》、《科学》、《细胞》和《细胞干细胞》杂志上。2017年，该研究小组通过HDAdV技术在世界上制造了第一个基因增强型人类间充质干细胞。

编辑FOXO3基因，它是长寿圈中的一个“贵族家庭”。

如果一个工人想做好工作，他必须首先磨利他的工具。如果要利用血管细胞的技能和聪明才智使其“再生”，应该编辑什么基因？

" FOXO3是与长寿相关的最保守和公认的基因."刘光辉说FOXO家族是一种转录因子。20世纪90年代，科学家发现FOXO家族同源蛋白可能参与了动物寿命的调节。

随着研究的深入，科学家们发现FOXO3基因确实与人类寿命有关。对单核苷酸的进一步研究是好的。基本想法是比较百岁老人和平均78.5岁老人的FOXO3基因，以发现该区域的核苷酸变异，并逐渐缩小与寿命直接相关的位点范围。进一步的研究表明，许多国家和地区的人们可以在FOXO3基因中发现与长寿相关的核苷酸变异。

研究小组决定编辑FOXO3基因，因为它可以一石二鸟。干细胞在人体内的应用实际上非常困难，就像平衡“跷跷板”。干细胞的状态必须恰到好处。如果它们太“疯狂”，它们可能会变成肿瘤，如果它们太“虚弱”，它们可能会由于外来细胞而被身体破坏。

"研究发现FOXO3具有维持血管内环境稳定的功能."刘光辉说，它是一种转录因子，可以激活几个下游细胞保护信号通路。FOXO3的激活还可以通过诱导肿瘤抑制基因的表达来抑制肿瘤的形成，因此选择FOXO3可以同时提高细胞治疗的效率和安全性。

为了证明这一点，研究小组还将多种致癌因子引入到基因增强的血管细胞中，并发现其还能有效抵抗癌基因诱导的细胞恶性转化，这大大降低了使用这些细胞进行治疗的安全隐患，从而使干细胞向临床应用迈出了坚实的一步。

调节电池运行的“管理”是“节流”，而不是“开源”。

FOO3基因编码的FOO3蛋白本质上是一种转录因子。它的工作位置在细胞核内，通过与特定基因序列的特异性结合，确保基因表达的“有序”和“有规律”。从视觉上讲，它们是细胞生命运行中的“管理”。

牢房内还有一个“管理”的“弹劾”制度。在某些条件下，例如，当细胞感觉“吃饱喝足”时，它将通过PI3K/阿凯途径磷酸化和修饰FOO3蛋白，使该蛋白带有磷酸化的“标签”。然后这些FOXO3蛋白将被“捕获”，它们的活性将被抑制。最后，它们将从细胞核中“移除”。

“知道了这种监管机制，我们选择了‘削减开支’而不是‘开源’。”刘光辉说，为了对基因组做出最小的改变，研究小组没有增强FOXO3基因的表达，但通过替换2个碱基确保FOXO3蛋白不会被“弹劾”和“重新当选”。

“我们使用HDAdV介导的基因编辑技术来替代人类胚胎干细胞中FOXO3基因外显子3中的两个单核苷酸，使得FOXO3蛋白转录因子不能被AKT有效磷酸化，从而抑制FOXO3蛋白的磷酸化和降解，促进FOXO3在细胞核中的积累并激活下游‘有益’靶基因的表达。通过对人类基因组中两个核苷酸的精确编辑，人类基因组的完整性得到了最大程度的保持。”刘光辉说。

将经过基因编辑的干细胞定向分化为不同的基因增强的人血管细胞后，进行相关的动物实验。实验表明，在人工结扎小鼠腿部的主动脉后，将血液输送到腿部的途径被阻断。将基因增强的血管细胞注入腿部后，与未经过基因编辑注射非基因增强的血管细胞的对照组相比，前者具有更强的自我更新能力、抗氧化损伤能力和延缓细胞衰老的能力，并能有效促进受损血管的再生，快速恢复缺血部位的血流。