作為強大的基因編輯工具，CRISPR及相關(guān)的Cas蛋白已經(jīng)徹底改變了生物學(xué)研究，并有機會治療一系列遺傳疾病，讓生物醫(yī)學(xué)界大為振奮。然而，盡管CRISPR技術(shù)廣泛應(yīng)用于研究領(lǐng)域，臨床試驗成功案例也層出不窮，但目前僅有一種CRISPR基因編輯療法獲批用于臨床。
2023年底，Vertex Pharmaceuticals和CRISPR Therapeutics合作開發(fā)的CRISPR基因編輯療法相繼獲得英國和美國相關(guān)部門的批準(zhǔn)。這種Exa-cel療法在體外對患者的造血干細(xì)胞進行編輯，使血紅蛋白產(chǎn)生高水平的胎兒血紅蛋白，適用于鐮狀細(xì)胞性貧血和β地中海貧血患者1,2。
盡管CRISPR技術(shù)前景廣闊，但也面臨著巨大的挑戰(zhàn)和局限，必須克服這些才能在臨床環(huán)境中充分發(fā)揮其潛力。在這篇文章中，我們將深入探討CRISPR療法面臨的挑戰(zhàn)和局限，以及人們?yōu)槔肅RISPR來治療人類疾病所做的努力。
CRISPR掀起的革命
與以往的基因編輯技術(shù)（比如ZFN和TALEN）不同，CRISPR基因編輯不依賴改造的蛋白，而是由向?qū)NA（sgRNA）將Cas內(nèi)切酶帶到目標(biāo)位點，并引入雙鏈斷裂（DSB）。之后，雙鏈斷裂會觸發(fā)內(nèi)源性DNA修復(fù)途徑，比如非同源末端連接，這是一個容易出錯的過程，可在目標(biāo)位點上引入插入缺失和移碼突變，從而實現(xiàn)高效的基因敲除。或者，在外源性模板存在的情況下，雙鏈斷裂激活同源修復(fù)，產(chǎn)生所需的突變或序列插入。
CRISPR基因編輯的靈活性、高效性和準(zhǔn)確性使其超越了ZFN和TALEN，成為目前主流的基因編輯工具3。然而，將其應(yīng)用于臨床仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)，例如脫靶效應(yīng)、體內(nèi)穩(wěn)定性以及宿主產(chǎn)生免疫原性反應(yīng)的可能性。在利用CRISPR來治療疾病時，首先需要解決這些難題。
最大程度減少脫靶效應(yīng)
在將CRISPR基因編輯廣泛應(yīng)用于臨床之前，需要克服的最大挑戰(zhàn)是降低脫靶效應(yīng)的風(fēng)險，也就是預(yù)期靶點以外的位點發(fā)生意想不到的遺傳改變4。研究人員通過開發(fā)更精確的Cas9變體和優(yōu)化向?qū)NA設(shè)計，在提高CRISPR精確度方面已取得了重大進展。
然而，依賴雙鏈斷裂也會造成嚴(yán)重的安全問題，CRISPR基因編輯會導(dǎo)致細(xì)胞死亡，或造成大片段堿基缺失和染色體失序，從而有可能引發(fā)惡性腫瘤5。目前的研究重點是開發(fā)不引入雙鏈斷裂的CRISPR系統(tǒng)，比如堿基編輯、先導(dǎo)編輯以及TWIN-PE和PASTE等衍生系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可在不引入雙鏈斷裂的情況下進行基因編輯，未來在基因治療方面擁有巨大潛力6。
遞送方面的挑戰(zhàn)
CRISPR療法面臨的另一主要障礙是如何高效安全地將編輯元件遞送到目標(biāo)細(xì)胞和組織。對于許多遺傳疾病而言，包括Cas9和sgRNA在內(nèi)的編輯元件需要遞送到體內(nèi)的特定器官或組織。靶向內(nèi)部器官或穿越血腦屏障，這的確是一大挑戰(zhàn)。
人們通常使用腺相關(guān)病毒（AAV）等病毒載體，但它們的包裝容量有限。慢病毒等載體具有較大的包裝能力，但會隨機整合到基因組中，如果插入癌基因中，則會造成問題。人們也在探索非病毒遞送方法，包括脂質(zhì)納米載體、聚合物納米顆粒和外泌體，它們都具有良好的前景。
每種方法都有其優(yōu)勢和局限，選擇哪種遞送方法取決于具體的治療應(yīng)用。實現(xiàn)高效的靶向遞送，同時最大限度降低脫靶效應(yīng)和免疫反應(yīng)，目前仍然是一項挑戰(zhàn)。盡管如此，技術(shù)上的不斷開發(fā)和優(yōu)化為未來的臨床成功帶來了希望。
降低免疫原性
免疫系統(tǒng)一直在兢兢業(yè)業(yè)地抵御著外來入侵者，當(dāng)然也包括用于CRISPR遞送的病毒載體。1999年，18歲的Jesse Gelsinger因腺病毒誘發(fā)的炎癥反應(yīng)而死亡，此后，基因療法的免疫原性被廣泛認(rèn)知7。
當(dāng)CRISPR組分被引入人體時，它們也會引發(fā)免疫反應(yīng)，導(dǎo)致編輯細(xì)胞被破壞或使治療失效。為了緩解這一點，科學(xué)家們試圖開發(fā)出缺乏誘導(dǎo)反應(yīng)外顯子的Cas9組分。在小鼠模型中，這些Cas9衍生物不會引起體液免疫和細(xì)胞免疫反應(yīng)8。
減輕免疫反應(yīng)風(fēng)險的另一種方法是靶向免疫豁免器官，比如眼睛、大腦和睪丸9。在一項針對179名遺傳性視網(wǎng)膜疾病患者的研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)76%的患者帶有致病等位基因，有可能成為CRISPR基因療法的候選靶點，這突出了CRISPR基因療法在這些區(qū)域的適用性10。
未來充滿希望
基于CRISPR的療法仍然需要克服許多重大挑戰(zhàn)，才能在遺傳病治療領(lǐng)域占領(lǐng)一席之地。不過，最近Vertex Pharmaceuticals的CRISPR療法獲得批準(zhǔn)，讓人們看到了未來的希望。
研究界正在努力開發(fā)脫靶活性較低的CRISPR系統(tǒng)，優(yōu)化CRISPR遞送，并降低與不良免疫反應(yīng)相關(guān)的風(fēng)險，這意味著未來幾年也許會出現(xiàn)更多的CRISPR基因編輯療法成功案例。CRISPR療法的前景依然光明，它為遺傳病患者帶來希望，并有望改變精準(zhǔn)醫(yī)療的格局。
參考文獻
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10. Fry LE, McClements ME, MacLaren RE. Analysis of Pathogenic Variants Correctable With CRISPR Base Editing Among Patients With Recessive Inherited Retinal Degeneration. JAMA Ophthalmol. 2021;139(3):319–328.
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-2）
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