風口浪尖的CRISPR
CRISPR在近幾個月的醫(yī)藥新聞中可謂出盡了風頭，證明臨床療效及安全性的里程碑事件，伴隨著CRISPR不穩(wěn)定、無法控制的基因突變位點研究，把CRISPR基因編輯療法推上風口浪尖。下面本文將對CRISPR及近期事件進行梳理，結構如下：
發(fā)現(xiàn)
上個世紀八十年代末，日本科學家在幾種細菌的基因組上發(fā)現(xiàn)了這么一長串很有個性的序列，這段序列上多段重復的DNA序列并間隔有多段千變萬化的非重復序列。這一發(fā)現(xiàn)可以說埋下了CRISPR發(fā)現(xiàn)的種子。
二十世紀初，隨著大規(guī)?；蚪M測序技術的成熟和生物信息學的興起，人們逐漸積累了大量細菌物種完整的DNA序列信息。在對比中研究人員發(fā)現(xiàn)，這段類似的奇怪序列出現(xiàn)在了數(shù)十種細菌和古細菌的基因組中，且其中的非重復序列與已知噬菌體的基因組序列信息高度一致。
這種大規(guī)模的發(fā)現(xiàn)證明這段奇怪基因的存在并非是某種巧合，于是生物學家們便開始猜想并試圖解開這段基因存在的意義。2007年，科學家在嗜熱鏈球菌中嚴格證明了CRISPR序列對于細菌免疫系統(tǒng)的功能。利用基因重組技術將一段CRISPR序列人工添加到細菌中，細菌便可以產生與該段CRISPR序列基因相同的病毒的入侵。不僅如此，細菌還可以將這段CRISPR序列整合到自己的基因組中，產生“記憶”，以應對同種病毒的再一起侵襲。
機制
CRISPR序列與CRISPR associated共同組成了CRISPR/Cas系統(tǒng)，這是一種RNA介導的適應性免疫系統(tǒng)，存在于大約48%細菌和95%古細菌中，可提供序列特異性保護以抵抗外來的DNA甚至RNA。
這個防衛(wèi)包含三個階段：
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（1）適應性階段，直接重復序列（repeat）被易變的DNA序列間隔開組成CRISPR序列，此時的DNA序列稱為spacer。Cas蛋白切割外來DNA片段，外來DNA片段稱為protospacer，然后將其整合到CRISPR序列上，這時外來DNA片段更名為spacer；
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（2）表達階段，CRISPR序列經過轉錄、切割成為成熟的crRNA；
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（3）干擾階段，crRNA招募Cas效應蛋白復合物特異性切割病毒同源性DNA。
應用
CRISPR可以對基因進行精準的定點編輯，隨著研究的深入，CRISPR/Cas技術已經被廣泛的應用，除了基因敲除，基因替換等基礎編輯方式，它還可以被用于基因激活，疾病模型構建，甚至是基因治療。
CRISPR在臨床上最早被用來治療β-地中海貧血。Β-地中海貧血是由于患者胚胎DNA序列中的單核苷酸錯誤。CRISPR/Cas可以精準地找到DNA序列中錯誤的位點，并進行定點修復，達到治愈患者的目的。
除了在血液方面的應用，CRISPR在癌癥治療當中也蘊含著很大的潛力，CRISPR與CAR-T細胞的強強聯(lián)手為攻克癌癥帶來了新的希望。2016年7月，Nature報道了中國盧鈾教授的研究，他計劃用CRISPR技術編輯的T細胞治療轉移性非小細胞肺癌患者，此項研究進展到11月時正式將編輯后的T細胞注射到1例肺癌患者體內。在四年后，今年04月份的Nature Medicine上，該團隊發(fā)表文章表明研究支持基因編輯的安全性和有效性。最終結果顯示，完成12例三線及以上治療失敗的晚期肺癌患者的基因編輯細胞治療，受試者安全性和耐受性良好，無3級及以上細胞治療相關毒性發(fā)生和治療相關性死亡。在有效性的證明上，中位無進展生存時間和中位生存時間的數(shù)據(jù)分別是7.7周和42.6周。
但與此同時，近期的三項毒理的研究都表明，在人類胚胎進行CRISPR基因編輯會引起大量DNA的缺失和重組。影響基因編輯應用的兩個重大因素為on-target efficiency在靶率和off-target efficiency脫靶率。脫靶率是crRNA不單識別靶DNA，其他個別堿基不同的DNA也可識別并切割，這就產生錯配容忍率，應用在基因組中，本來只需要切割A基因，結果正常的B基因也被切斷了，會造成生物安全性問題。然而近期的研究表明，CRISPR/Cas9也會在目標位點附近引入不必要的突變，也就意味著on-target在靶率中也有一部分會在基因編輯中產生副作用，而這是更加難以預防和避免的。
守望
面對意想不到的編輯后果和難以預測的DNA修復，今后的研究需要更清楚的掌握CRISPR的機制并設法尋找控制CRISPR，減少其對基因組帶來的不必要的編輯和突變。美迪西作為新藥研發(fā)CRO，也將密切關注基因編輯療法的研究進展，守望基因編輯療法的成熟和穩(wěn)定運用，助力人類健康的進一步改善！
參考鏈接：
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http://sitn.hms.harvard.edu/flash/2014/crispr-a-game-changing-genetic-engineering-technique/
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https://www.nature.com/articles/s41591-020-0840-5
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https://www.nature.com/articles/d41586-020-01906-4
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