中國學者Cell Res利用CRISPR-Cas9技術治愈遺傳疾病

日期：2014-12-10 09:01:12

遺傳疾病是指由于遺傳物質的改變導致的疾病，能夠通過生育遺傳給后代，是困擾人類健康的一類重要疾病。徹底根治遺傳疾病的方法是通過基因治療的手段在生殖細胞中修復改變的遺傳物質，并將正確的遺傳物質傳遞給下一代，產生健康的個體，從而在人群中徹底清除遺傳缺陷。然而，目前存在的基因修飾手段不能有效地在生殖細胞中進行遺傳編輯。

12月5日，國際學術期刊《細胞研究》（Cell Research）在線發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所李勁松研究組和吳立剛研究組以及北京大學湯富酬研究組的一項合作研究，研究人員利用CRISPR-Cas9技術在小鼠的精原干細胞中修復了遺傳缺陷，產生了完全健康的后代。這項研究為人類基因治療提供了一個新的思路。

CRISPR-Cas9技術是利用一段與靶序列相同的單導向RNA來引導Cas9核酸酶對特異靶向DNA進行識別和切割，造成DNA的雙鏈或單鏈斷裂，然后，細胞會利用自身具備的兩種DNA修復機制對斷裂的DNA進行修復，即非同源性末端接合（Non-homologous end joining, NHEJ）或同源介導的修復（Homology-directed repair, HDR）。這一技術簡單高效，自問世以來已被廣泛地應用于各種模式生物建立遺傳修飾的模型。

2013年，李勁松研究組通過將CRISPR-Cas9系統直接注入攜帶遺傳缺陷的受精卵胚胎中治愈了小鼠的白內障遺傳疾病（Wu et al; Cell Stem Cell, 2013, 13:659）,首次證明CRISPR-Cas9技術能夠高效地用于遺傳疾病的治療。而這種通過直接胚胎注射的方法存在兩個問題：一是新生小鼠被治愈的機率較低，約為30%；二是存有少量實驗脫靶現象。

在此基礎上，為更好地解決這些問題，研究人員從白內障小鼠的睪丸中獲取了攜帶純和遺傳突變的精原干細胞。精原干細胞是一類可以在體外長期培養、能夠維持穩定的表觀遺傳特性、并能在受體小鼠中產生功能配子的生殖干細胞。研究人員將CRISPR-Cas9轉入精原干細胞系中，通過單細胞擴增的方式建立了一系列來自單個精原干細胞的細胞系。

隨后，研究人員對這些細胞系進行了深入分析，選擇滿足以下三個條件的細胞系進行移植實驗：1）通過基因型分析確定兩個突變位點均已修復；2）通過預測脫靶位點測序或者全基因組測序確定不存在脫靶問題；3）通過特定印記基因甲基化鑒定或者全基因組甲基化測序，確定修復的精原干細胞維持正常的表觀遺傳特性。最后，將這些“優質”細胞移植到去除了生殖細胞的受體小鼠睪丸內后，研究人員獲得了100%完全健康的小鼠。

CRISPR-Cas9技術介導的生殖細胞遺傳修復為人類基因治療提供了一條新的思路。今后的研究需要驗證這一技術路線在人類的生殖細胞中實施的可行性。