Nature公布CRISPR最新研究突破：修復遺傳病細胞
日期：2016-11-09 09:04:29
鐮狀細胞病（Sickle Cell Disease）是我們都挺熟悉的一種隱性基因遺傳病，因患者大部分紅細胞呈鐮刀狀而冠名，在我國南方地區出現過不少此類病例。迄今為止還沒有能真正治愈這種疾病的藥物，百年來唯一獲批的藥物僅有一個，這讓不少科學家將希望寄托在基因治療上。
斯坦福大學醫學院的研究人員利用CRISPR基因編輯技術，在人體干細胞中修復了造成鐮狀細胞貧血病的基因，這將是在研發針對這種疾病的基因治療道路上走出了關鍵的一步。
這一研究成果公布在11月7日的Nature雜志上，文章的第一作者Daniel Dever博士與Rasmus Bak博士，通訊作者是斯坦福大學醫學院教授、CRISPR Therapeutics公司創始人Matthew Porteus 博士。Porteus博士在博士后工作期間開始進行基因組編輯方面的研究，他首次發現，可以利用人工核酸酶，通過同源重組通路，對人類細胞基因組進行精確修飾，從而影響特定基因的表達。目前，Porteus博士主要進行遺傳性疾病基因組修飾療法的研究開發。
這項最新研究證明了修復后的細胞能生成正常功能的血紅蛋白分子，在正常紅細胞中可以攜帶氧氣，這些干細胞也可以正常移植到小鼠體內。研究人員指出這項研究表明針對血源性遺傳疾病，比如鐮刀狀細胞貧血癥，和地中海貧血，可以進行基因治療修復，這是一種概念證明。
痛苦的疾病
鐮狀細胞病是一類由于HBB基因發生突變造成的遺傳性血液疾病，HBB基因發生突變會產生異常的血紅蛋白---一種正常條件下允許血細胞攜帶氧氣的含鐵蛋白，從而導致紅細胞變得堅硬和粘稠而且形狀類似于彎曲的稱作鐮刀的農場工具。在HBB基因突變造成的兩種主要性疾病，鐮刀形細胞貧血癥和β-地中海貧血癥中，紅細胞都不能有效地攜帶氧氣，其中鐮刀狀細胞病會造成手腳腫大，由于血管堵塞引起的疼痛，貧血和中風。
這些疾病在非洲、地中海和中東來源的人們中間最為常見。根據美國疾病防控中心提供的數據，每500名非洲裔美國人就有一個人和每3萬名拉丁裔美國人就有一個人出生時就攜帶這種鐮刀形細胞疾病。
這種疾病能夠通過干細胞或骨髓移植而得以治愈，但是也存在較高的風險：接受移植的受者可能會排斥捐獻的骨髓或細胞，能夠導致嚴重的副作用，甚至死亡。
為基因治療帶來新希望
基因治療雖然早在上個世紀八十年代就曾被提出來，但是一直以來都只有零星成果，但這項研究不僅為鐮刀型細胞貧血癥等血液疾病帶來了福音，也為基因治療提出了新希望。
Porteus說，“最終這項研究表明我們可以做到。這不僅僅只存在于黑板上，我們可以從患者體內采集干細胞，然后進行修復，研究顯示這些干細胞能生成正常的血紅細胞。”
以往的研究主要都是通過舊的基因編輯技術，但這項新發現采用了CRISPR 技術，“我們花了6年時間，希望能通過當時的技術來靶向β-球蛋白，”而CRISPR實驗只進行了一個星期，效果就要好得多。
CRISPR是指規律成簇的間隔短回文重復，細菌通過CRISPR與內切酶Cas組成的防御系統對抗外來侵略者。CRISPR-Cas能根據向導RNA的指引切割入侵者的遺傳物質。2012年研究者們利用這一特點，將CRISPR系統發展成了強大的基因組編輯工具。
利用這種技術，研究人員可以在你希望的位置進行剪切，比如這項研究就是在鐮狀細胞突變處，一旦突變DNA序列被剔除，那么就可以利用其它工具粘上一個正常的序列拷貝。
Porteus研究組首先從患者體內取出干細胞，利用CRISPR糾正基因突變，然后濃縮干細胞，這樣90%都會攜帶糾正過的細胞基因。這種干細胞是一種特殊的干細胞——造血干細胞，最后研究人員將這種濃縮后，糾正過了的造血干細胞注入到幼鼠體內。
“這些干細胞能從血液系統正常進入骨髓，然后開枝散葉，制造血液細胞，”Porteus說。16個星期后，研究小組檢查小鼠骨髓，發現糾正后的干細胞蓬勃發育。
這些細胞無需完全替換患者體內所有的鐮狀細胞，只要鐮狀細胞的比例低于30%，那么患者就不會出現癥狀了。而且糾正過的細胞相對于鐮狀細胞具有優勢，因為后者一般來說平均10天后就會死亡，而糾正后的細胞能生活大約120天。
安全嗎？
雖然基因治療的研究近年來取得了很大的進步，但它尚未廣泛推廣，并且CRISPR 編輯基因也沒有在人體臨床實驗中進行炎癥，那么這就存在一個問題，它們安全嗎？會不會出現未知的免疫反應，或者改變非靶標DNA序列，也就是脫靶呢？
對此Porteus表示，我們無法完全證明其安全性，只能說讓我們進行檢測，看看它是否安全，完全安全的檢測是不存在的。他認為系列不同的實驗也許能對提供一些安全性的資料。到目前為止，這項研究中的糾正造血干細胞與正常的健康造血干細胞沒有發現區別。
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