胚胎基因治疗研究新进展：CRISPR技术怎样用于眼疾治疗-国际眼科时讯

编者按
在夏威夷的ARVO2018会议上，来自俄勒冈健康与科学大学（OHSU）的Shoukhrat Mitalipov教授谈到了“人类胚胎基因修复的原则”。Mitalipov教授的研究目标之一是开发新颖的胚胎基因治疗方法用以治疗人类疾病，他在ARVO会议上演讲的重点是通过在临床前期和临床期利用胚胎细胞基因编辑和基因替换治疗疾病，从而体现了胚胎基因治疗的可行性、有效性和长期安全性。

由于眼球是一种容易进入的孤立器官，所以它是第一个也可能是唯一一个能成功进行基因治疗的器官。因此，有许多临床试验在进行眼部基因治疗的研究。《国际眼科时讯》在ARVO会议上采访了Mitalipov教授，其就使用CRISPR技术首次成功纠正人类胚胎中的单基因缺陷的研究为我们做出详细的解答。
胚胎基因治疗研究过程
Mitalipov教授团队针对一种名为MYBPC3的基因突变进行研究，这种基因突变会导致肥厚性心肌病的出现，而肥厚性心肌病正是年轻运动员猝死的主要原因。MYBPC3基因突变是显性遗传的，意味着一个孩子只需要遗传一个突变基因的副本就会导致这种疾病的发生。针对这个基因突变的研究有很多，但是成功的进行基因修正却是第一次。胚胎的作用是将遗传物质从一代传递到下一代，所以他们最擅长的是保持基因组的完整性。人类胚胎非常聪明，它可以检测到用CRISPR标记的这种突变基因。一旦突变基因被标记出来，生殖细胞就知道这个基因有问题，并开始修复它。这种基因修复能力在胚胎中非常活跃，这种生殖细胞修复DNA的新方法，在体细胞中尚未被发现。CRISPR可以选择性地标记突变基因，使突变基因可以被生殖细胞发现。可能有一种误解，认为是CRISPR和其他工具正确的编辑了这个基因，但实际上，编辑和修正是由生殖细胞自身完成的。
胚胎基因治疗机制
CRISPR-Cas9改编自细菌中自然产生的基因组编辑系统。这些细菌从入侵的病毒中获取DNA片段，并利用它们来创建名为CRISPR阵列的DNA片段。CRISPR阵列允许细菌“记住”病毒，如果病毒再次攻击，这些细菌会从CRISPR阵列中产生RNA片段，来瞄准病毒的DNA。然后，细菌利用Cas9或类似的酶来切断DNA，从而使病毒失活。研究人员创造了一小段RNA，其中有一个简短的“引导”序列，它与基因组中特定的DNA靶序列结合在一起。RNA也与Cas9酶结合。就像在细菌中一样，经过修饰的RNA用来识别DNA序列，Cas9酶可以在目标位置切断DNA。一旦DNA被切断，研究人员就会利用细胞自身的DNA修复机制来添加或删除遗传物质的片段，或者通过用定制的DNA序列替换现有的片段来改变DNA。在果蝇和其他动物模型的基因研究中发现，CRISPR和其他编辑工具善于在正常基因中诱导基因突变。如果想使用相同的基因损伤修复工具,就必须学习如何让细胞选择修复受损的DNA。Mitalipov教授表示虽然他们已经报告了这个活跃的相互作用的同源修复系统，让这个领域的研究者感到惊讶，但他们仍然不知道细胞是如何做到这一点的。以往研究认为，人类从父母那里得到的两条染色体，只在减数分裂期间相互作用，在它们交叉和交换的时候产生下一代，但是现在已经证明了它们在正常发育过程中也会相互作用。人们一直认为，在受精之后，这两个基因组在细胞核中仍然分离，永远不会相互作用，如今证明它们会相互保护。这是一个新的概念，它赋予了我们人类有两个基因副本的新含义——不仅是因为人类有父亲和母亲共同的贡献，而实际上这两个基因副本是为了保护彼此。如果一个损坏了，第二个就会显示出来，并且可以被读取和修复。它告诉我们，如果想用基因编辑来修复基因，就需要了解它是如何发生的。大多数情况下，我们不做修复，这些细胞会自己完成修复，这是一个非常复杂的系统。
胚胎基因治疗面临的问题
当使用基因编辑如CRISPR-Cas9这样的技术来改变人类的基因组时，就会产生伦理问题。基因编辑所带来的大部分变化都局限于体细胞，而体细胞是区别于卵子和精子细胞之外的细胞。这些变化只会影响某些组织，并不会从一代传给下一代。但是，对生殖细胞或胚胎基因进行改变是可以传递给后代的。但是进行生殖细胞和胚胎基因组编辑带来了一系列的伦理挑战，包括是否允许使用这种技术来增强人类的正常特征，如身高或智力。Mitalipov教授称使用这项技术的门槛要求非常严格，这是出于对技术安全性和有效性方面的考虑。使用生殖细胞尽早进行捕捉和修复突变基因是至关重要的，因为生殖细胞是突变的载体，这就意味着我们只有一份突变基因的副本，仅需对这一副本进行捕捉修复即可。但受精之后，胚胎就开始发育，尤其是在孩子出生后，会有数万亿个细胞发生突变，就不可能捕捉和修复所有这些突变细胞了。所以越早进行修复越好。
Mitalipov教授认为，目前对基因编辑用于基因修复的担忧还有些为时过早。随着技术的进步，儿童基因突变的数量将会越来越少，这意味着随着突变基因的传播，这种突变基因的复发将会减少。但是仍然会有孩子在出生时有畸形存在，所以我们仍然需要努力在这些畸形婴儿身上发展基因疗法。这比处理单个突变细胞要困难得多，因为用一种治疗方法捕捉所有的细胞是不可能的。眼睛是一种表达能力有限的器官，它是体细胞基因疗法的候选者，但它更能有效地防止胎儿畸形。在很多情况下，一旦疾病发展，基因疗法的效果就会受限。例如，在肥厚性心肌病基因治疗中蕾妮斯梅，我们可以修复这个基因，但却不能使受损的心脏恢复正常。
（来源：《国际眼科时讯》编辑部）
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