把“潘多拉魔盒”变成“济世悬壶”

今年秋天，18名患有Leber氏10型先天性黑蒙的美国盲人将接受新疗法的临床试验。值得注意的是，这种被称为EDIT-101的治疗方案是由Editas Medicine和Allergan开发的基因编辑疗法。

这不是基因编辑技术第一次进入正式的人类临床试验，但是因为EDIT-101需要直接注射到患者的视网膜，它有望成为世界上第一个直接用于人体的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，我们如何理解这项技术对人类的意义？这是一个吊锅还是潘多拉魔盒？

一种新的“基因剪刀”

Leber先天性黑蒙是一种严重的遗传性视网膜病变，是儿童先天性失明的主要原因之一。患有这种疾病的婴儿从出生到一岁内会迅速丧失双眼锥体细胞的功能，直到完全失明。

勒伯先天性黑蒙可以分为许多不同的类型，其中大多数是由常染色体上不同的基因突变引起的。因此，研究人员长期以来一直在探索这种疾病的基因疗法。

2017年底，美国食品和药物管理局批准了第一种治疗勒伯先天性2型黑蒙的基因治疗药物卢克斯特纳。莱伯氏2型先天性黑蒙是由RPE65基因突变引起的。卢克思特纳的基本治疗原理是通过AAV病毒载体将正常的RPE65基因传递到视网膜细胞。2018年3月，马萨诸塞州眼、耳、鼻、喉医院为人类患者进行了第一次商业性的卢克思特纳药物注射。当时，患者支付了85万美元的治疗费用。

然而，另一种类型的Leber氏先天性黑蒙，10型，不能复制这种治疗方法。因为这种疾病是由另一种突变基因——CEP 290基因引起的。CEP290基因的编码序列相对较大，远远超过AAV病毒的包装能力。简而言之，小型运输工具无法将大型正常基因运输到视网膜细胞中——它“超载”

埃迪塔斯医学公司决定采取不同的方法。他们仍然使用AAV病毒作为转运体，但是他们没有携带正常的CEP290基因，而是携带了金黄色葡萄球菌Cas9(一种CRISPR/ Cas9基因编辑工具)，一种可以破坏突变基因的“基因剪刀”。在CEP290特异性导向RNA的引导下，基因剪刀直接删除或逆转眼睛感光细胞突变内含子中的突变序列，从而恢复CEP290的正常表达。

在人类临床试验之前，该技术已经通过了视网膜组织体外实验、小鼠实验和灵长类动物安全性实验，相关论文发表在2019年1月的《自然医学》杂志上。

对公众来说，基因疗法和基因编辑疗法的概念可能不太容易区分。“大多数已经应用的基因疗法是通过将正常基因引入细胞来实现的。这种方法不会改变患者的原始基因组。作为一种特殊的基因疗法，基因编辑疗法使用CRISPR/ Cas9基因编辑工具直接“修复”患者自身的基因。中国科技大学教授薛天向《中国科学日报》解释道。可见，上述Leber氏先天性黑蒙2型治疗属于传统基因治疗，而Leber氏先天性黑蒙10型的EDIT-101治疗是真正的基因编辑治疗。

通过聪明的先行者

近年来，眼科疾病的基因治疗研究正如火如荼。据不完全统计，经国家相关卫生部门批准进行临床治疗或目前正在进行临床研究的基因包括:与先天性黑蒙相关的RPE65基因和CEP290基因；RPGR基因、PDE6B基因、USH2A基因与视网膜色素变性相关；REP-1基因与脉络膜疾病(从夜间视力下降和周边视力逐渐丧失开始，最终导致视力丧失和失明)等相关。

"眼科疾病是基因治疗的一个热点领域."中国科学院神经科学研究所的研究员邱子龙告诉《中国科学报》，“部分原因是眼睛是人体中相对独立的器官。由于缺乏大血管，在视网膜下注射的药物不容易通过血液循环扩散到身体的其他部位，因此安全性相对有保证。”

近年来，中国科学技术大学副教授薛田、邱子龙和张梅合作探索了一种新型基因编辑技术——CRISPR/REca，即靶向-再增强同源定向修复(tred)，用于视网膜色素变性的基因编辑治疗。视网膜色素变性小鼠经基因编辑后，视锥细胞和视杆细胞变性减少，视网膜感光功能得到一定程度的恢复。

与EDIT-101不同，TRED疗法不仅利用基因编辑工具破坏突变基因，还通过引入MS2-重钙复合蛋白系统促进突变位点的同源重组，从而达到基因纠正和细胞功能修复的目的。

“CRISPR/ Cas9，就像它的昵称‘基因魔法剪刀’，是一把可以剪切基因的剪刀。”邱子龙说:“通过比较眼科疾病的两种基因编辑疗法，EDIT-101通过基因编辑修复基因突变引起的异常基因剪切位点。TRED首先要切除异常基因，然后像修补一样修复正常基因。”

在目前的技术水平上，单独使用CRISPR/ Cas9剪切和破坏基因序列的成功率相对较高，而通过自发同源重组修复的成功率非常低。雪田认为，EDIT-101作为一种治疗方案，只需针对Leber氏先天性黑蒙10的特殊遗传病破坏一定的基因组序列，巧妙地避免了目前同源重组修复效率低的常见技术难题。因此，EDIT-101非常适合作为打开CRISPR/ Cas9基因编辑疗法大门的主导方向。

然而，像Leber氏10型先天性黑蒙症这种只能通过切除异常基因才能治愈的遗传病毕竟为数不多。“绝大多数遗传疾病仍然需要CRISPR基因剪刀和其他修复工具来协同工作。因此，如何提高修复效率是未来研究者必须解决的问题邱子龙说道。

打开它的正确方法不是潘多拉盒子。

EDIT-101不是第一个被批准用于临床试验的基因编辑疗法。

早在2018年5月，欧洲首次批准通过基因编辑技术治疗β-地中海贫血的临床试验，这也是欧洲批准通过CRISPR/ Cas9基因编辑技术治疗的第一种人类疾病。名为CTX-001的治疗计划是在体外编辑患者的造血干细胞，并在验证后将其移植到患者体内。

华东师范大学的吴宇轩研究员参与了本次研究。他告诉《中国科学报》:“包括各种眼科疾病、β地中海贫血、镰状细胞性贫血等。目前进行的大多数基因编辑临床试验旨在克服目前无法治愈的遗传疾病。如果成功，它可以立即造福患者和社会，同时它可以反馈和促进基因编辑研究的进一步发展。”

然而，与传统医学技术相比，基因编辑疗法似乎更容易触动公众的敏感神经。一些人认为基因编辑是“潘多拉魔盒”，并对CRISPR/ Cas9感到不安，这是基因的神奇剪刀，逐渐从实验室转移到更广泛的人类生活领域。

对此，几位受访专家表示，有必要严格区分人类胚胎和生殖细胞的基因编辑与成人细胞的基因编辑。前者不仅会通过遗传传递给下一代，还会进入全人类的基因库；它还将影响个体中的所有细胞，这不仅对于简单的治疗是不必要的，而且还极大地增加了意外不利表型的风险。因此，在可见的历史时期，也应该禁止对人类胚胎和生殖细胞进行基因编辑研究。

"目前，基于成体细胞的基因编辑疗法是值得推广的策略."吴宇轩说，但前提是实验设计要严格规范，伦理问题要充分考虑，技术体系要非常完善和成熟。

众所周知，在CRISPR/ Cas9基因的编辑过程中存在一种“遗漏”现象，即“剪刀”被剪错了位置。理论上，技术进步只能降低失误概率，但不能完全避免失误。

但是，吴宇轩认为，只要设计严谨，初步验证实验彻底，错配就不会是一个很大的威胁——目前临床使用的基因编辑策略都是基于cas9 RNp(cas9蛋白与体外合成的sgRNA孵育形成的复合体)，cas9蛋白在编辑完成后会迅速降解，错配的概率会大大降低。然而，即使出现失误，在大多数情况下也不会出现副作用。

"所有的医疗方法都是利益和风险的权衡。"薛天说:“重要的是，当一种疗法进入临床试验并直接应用于人体时，职业道德委员会必须评估其潜在风险是否可接受和值得接受。”

相关纸质信息:

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

https://www.nature.com/articles/s41591-019-0401-y

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