基因编辑技术临床治疗迈出一大步

　　来自德州大学西南医学中心的科学家们利用一种新型基因编辑技术，成功阻止了幼鼠所患杜氏肌营养不良症DMD的发展。如果这种方法能安全有效的放大到DMD患者身上，那么这将会成为DMD基因组编辑治疗方法的首个成功案例。

　　生物通报道：来自德州大学西南医学中心的科学家们利用一种新型基因编辑技术，成功阻止了幼鼠所患杜氏肌营养不良症DMD的发展。如果这种方法能安全有效的放大到DMD患者身上，那么这将会成为DMD基因组编辑治疗方法的首个成功案例。

这一研究成果公布在Science杂志上，文章的第一作者之一是早年毕业于重庆大学的龙承祖博士，其研究组曾于2014年在Science杂志发表了第一篇CRISPR治疗肌萎缩的研究成果。

杜氏肌营养不良症（Duchenne Muscular Dystrophy，DMD）作为一种严重的神经肌肉遗传性疾病，是男童患者中最常见和最严重的肌营养不良疾病，主要表现为渐进式肌肉衰退。一般认为，这种疾病是由X染色体连锁的DMD基因（编码dystrophin蛋白）发生突变所导致。

虽然早在三十年前科学家们就发现了DMD的病因，然而至今为止还未有任何有效的治疗方法。这种疾病会分解肌肉纤维，并用脂肪组织进行替代，造成肌肉逐渐削弱，从而往往导致心肌出现问题，这也就是这些患者死亡的主要原因。

在最新这篇文章中，西南医学中心的研究人员利用这两年备受关注的CRISPR基因编辑技术永久纠正了引发幼鼠疾病的DMD基因突变。

“这种方法不同于其它治疗方法，因为它能消除疾病的根源，”文章通讯作者，西南大学分子生物学系主任Eric Olson博士表示。

在2014年，Olson博士团队研究团队首次利用CRISPR/Cas9 纠正了小鼠生殖细胞突变，防止了肌肉萎缩症。这为利用CRISPR技术治疗DMD铺平了道路。同时当时也提出了这种技术临床应用的几个问题，由于在人体内进行生殖细胞编辑不可行，因此需要将CRISPR组件传递到产后组织中。

为了完成这一实验，研究人员将基因编辑组件通过腺相关病毒9(AAV9)传递到小鼠体内，经这种技术治疗的DMD小鼠能表达dystrophin蛋白，逐渐改善骨骼和心脏肌肉的结构和功能。

“AAV9 可以一种组织特异性方式有效感染人体，但这不会引起疾病或毒性，它能作为基因治疗的一种分子‘导弹’”Olson实验室博士后研究员Leonela Amoasii说，他与龙承祖博士同为该篇论文的第一作者。

“CRISPR/Cas9 系统是单细胞生物应对入侵病毒的一种适应性免疫体系，有趣的是这种系统目前被我们打包送入一个非致病性病毒中，用于纠正动物模型中的遗传突变，”龙博士补充道。

CRISPR 基因组编辑技术由加州大学伯克利分校的研究人员开发，被选为Science杂志年度突破之首。

“这项研究是幼鼠DMD突变基因编辑治疗方法的一个很重要的临床转化应用范例，这为治疗DMD迈出了坚实的一步，”另外一位通讯作者，分子生物学教授Rhonda Bassel-Duby说。

“重要的是，从理论上说这一策略可以应用于人类DMD患者体内多种类型的突变，”Olson说。

目前研究组成员正在努力尝试将这一基因编辑技术用于DMD患者细胞，以及更大型的临床前动物模型。

这是今年西南医学中心威尔斯中心获得的一大重要成果，这一中心由美国NIH近期耗资780美元建成，是全国六大威尔斯中心之一，主要用于转化科学成果和技术，用于肌营养不良症的治疗，提高基础，转换和临床研究效果。德州大学西南医学中心的这所威尔斯中心主要注重杜氏肌营养不良症的研究。

“Olson 实验室近期的这一突破性发现利用基因编辑技术纠正了引起DMD的遗传突变，这为找到治愈这种致命疾病的方法走出了重要的一步”，德州大学西南医学中心威尔斯中心主任Pradeep Mammen表示，“现在的挑战是将DMD小鼠模型的研究成果转化为DMD患者的治疗方法。”

同期Science杂志也公布了另外两项利用因编辑技术修复杜氏肌营养不良症小鼠肌肉功能的研究成果，其中哈佛大学的Mohammadsharif Tabebordbar等人利用CRISPR 和 AAV9编辑删除了23号外显子，发现同样有效修复了肌肉功能。

他们利用荧光标记物分析了基因编辑系统对定位远离注射位点的卫星细胞的影响。他们发现，一些卫星肌管（肌细胞的“年轻阶段”）已恢复表达dystrophin。因此作者们提出AAV-CRISPR或许能够在体内提供持续的遗传修复。

还有麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所的研究人员采用dystrophin基因一个外显子存在破坏性突变的小鼠模型开展了研究。他们重编程新CRISPR/Cas9系统剪掉了功能异常的外显子，机体的自然修复系统将基因的剩余部分连接在一起生成了缩短但具有功能的基因版本。

此外也有不少研究组尝试利用这种技术治疗多种疾病，比如来自中国科技大学、中科院广州生物医药与健康研究院等处的研究人员近年来迅猛发展的基因组编辑技术与iPSC来源的模型结合起来，纠正了癫痫患者iPSC中的致病突变。

研究人员将CRISPR/Cas9和TALEN介导的基因编辑技术，应用于iPSC为基础的疾病模型，来探讨SCN1A功能性缺失突变所致的癫痫发病机制。通过利用CRISPR/Cas9对iPSC衍生的神经元中的GABA能神经元亚型进行荧光标记，研究人员首次对表达SCN1A的神经亚型进行了电生理学研究，并监测了抑制性和兴奋性类型的突触后活动。我科学家用CRISPR纠正癫痫致病突变

还有美国Cedars-Sinai医学中心利用CRISPR/Cas9技术删除了一个可导致失明病的遗传突变。

设计了一个CRISPR/Cas9系统，来去除一个基因突变——引起眼睛中的感光细胞缺失。他们将这个系统注入年轻的实验室大鼠体内，这种大鼠已被改造成模拟一种遗传性视网膜色素变性，称为常染色体显性遗传，这涉及到该基因的突变。单次注射后，通过视动反射测量——包括转动头部响应运动不同亮度的条纹，研究人员发现，与对照组动物相比，这些大鼠的视力变得更好。华人女学者用CRISPR技术改善遗传性失明

随着更多实验研究的展开，我们希望CRISPR系统能创造出一个又一个的奇迹。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Postnatal genome editing partially restores dystrophin expression in a mouse model of muscular dystrophy

CRISPR/Cas9-mediated genome editing holds clinical potential for treating genetic diseases, such as Duchenne muscular dystrophy (DMD), which is caused by mutations in the dystrophin gene. To correct DMD by skipping mutant dystrophin exons in postnatal muscle tissue in vivo, we used adeno-associated virus-9 (AAV9) to deliver gene editing components to postnatal mdx mice, a model of DMD. Different modes of AAV9 delivery were systematically tested, including intra-peritoneal at postnatal day (P) 1, intra-muscular at P12, and retro-orbital at P18. Each of these methods restored dystrophin protein expression in cardiac and skeletal muscle to varying degrees and expression increased from 3 to 12 weeks post-injection. Postnatal gene editing also enhanced skeletal muscle function, measured by grip strength tests 4 weeks post-injection. This method provides a potential means of correcting mutations responsible for DMD and other monogenic disorders after birth.