作者：Tierna發(fā)布日期：2018-05-15
色素性視網(wǎng)膜炎是影響視網(wǎng)膜及其功能退化的一種遺傳性疾病，是眼科中的一種疑難疾病，也被稱為不治之癥。近年來，隨著基因編輯技術(shù)的不斷精進(jìn)，科學(xué)家們在最新一項(xiàng)研究中終于有了新的突破： 他們利用CRISPR技術(shù)恢復(fù)了患有色素性視網(wǎng)膜炎小鼠的視網(wǎng)膜功能，這一重大進(jìn)展或?yàn)橹委熢摬〈蜷_新方向。
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相關(guān)研究結(jié)果于5月10日發(fā)表在美國眼科學(xué)會雜志《Ophthalmology》上。這也是研究人員首次成功將CRISPR技術(shù)應(yīng)用于顯性遺傳疾病。同時(shí)，這一工具可能在包括亨廷頓氏病、馬凡氏綜合征和角膜營養(yǎng)不良等數(shù)百種疾病中發(fā)揮作用。
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ophtha.2018.04.001
1、“恐怖”的視網(wǎng)膜色素變性
視網(wǎng)膜色素變性是一組罕見的遺傳性疾病，由70多個(gè)基因中的一個(gè)引起。它涉及視網(wǎng)膜（眼睛后部的光敏組織）中細(xì)胞的分解和丟失。該病通常發(fā)生在兒童時(shí)期，進(jìn)展緩慢，影響外圍視覺（peripheral vision）和夜間視力。多數(shù)人到了成年早期就會失去大部分視力， 40歲后則會形成法律上的失明，且目前無治愈方法。據(jù)估計(jì)，全球約四千分之一的人飽受該病影響。
論文通訊作者Stephen H. Tsang博士及其同事們試圖創(chuàng)造一種更靈活的CRISPR工具，這樣就可以治療更多的患者，而不受限于他們的個(gè)體基因特征。Tsang博士稱這種技術(shù)為基因組手術(shù)（genome surgery），因?yàn)樗梢郧谐龎幕虿⒂谜５墓δ芑蛉《?/p>
圖片來源：Kelly Irvine/NIST
2、CRISPR技術(shù)為視網(wǎng)膜色素變性帶來新思路
自2012年以來，CRISPR基因編輯技術(shù)被應(yīng)用于各種各樣的領(lǐng)域，它徹底改變了科學(xué)家修改活細(xì)胞DNA的速度和范圍。但是，即便基因組手術(shù)效果非凡，CRISPR仍有一些缺陷需要克服。
常染色體顯性遺傳性視網(wǎng)膜色素變性等疾病對研究者提出了特殊的挑戰(zhàn)：在常染色體顯性遺傳疾病中，患者僅從其父母那里遺傳一個(gè)突變基因拷貝（mutant copy）和一對常染色體上的一個(gè)正常基因。因此，對那些手握CRISPR的科學(xué)家來說，他們的挑戰(zhàn)在于只編輯突變基因，而不改變健康基因。
相比之下，常染色體隱性疾病的人遺傳兩個(gè)拷貝的突變基因。當(dāng)基因的兩個(gè)拷貝發(fā)生突變時(shí)，就會涉及一種直接替換缺陷基因的治療方法（目前，有六家制藥公司在研究隱性視網(wǎng)膜色素變性的基因療法，但尚未有人開發(fā)出一種占主導(dǎo)地位的治療形式）。Tsang博士和同事們受其啟發(fā)提出了一個(gè)更好的治療常染色體顯性遺傳疾病的策略：它允許去掉舊基因，用一個(gè)好的基因代替它，且不影響其正常功能。
這種所謂的“消融-替換”（ablate-and-replace）策略可以用于開發(fā)CRISPR工具集，適用于駐留在同一基因中的所有類型的突變（而非某一類型的突變），特別是多種類型的突變導(dǎo)致相同病癥的情況。例如，視紫紅質(zhì)基因的150個(gè)突變中的任何一個(gè)都可能導(dǎo)致色素性視網(wǎng)膜炎。正因?yàn)門sang博士的技術(shù)可以以特定突變無關(guān)的方式（a mutation-independent manner）應(yīng)用，所以它代表了一種可以用基因組手術(shù)治療顯性疾病更快、更經(jīng)濟(jì)的策略。
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3、治療原理
通常情況下，CRISPR研究人員會設(shè)計(jì)一個(gè)稱為“向?qū)NA”（guide RNA）的簡短的代碼序列，以匹配他們想要替換的部分。他們將向?qū)NA附著在一種叫做Cas9的蛋白質(zhì)上，然后一起在細(xì)胞核中漫游，直至找到目標(biāo)DNA。
接著，Cas9將DNA解鏈并推入向?qū)NA。然后，利用細(xì)胞的自然基因修復(fù)機(jī)制，剪切出錯誤代碼，并誘導(dǎo)細(xì)胞接受正確的代碼。值得一提的是，Tsang設(shè)計(jì)了兩個(gè)向?qū)?RNA來治療由視紫紅質(zhì)基因變異引起的常染色體顯性視網(wǎng)膜色素變性（視紫紅質(zhì)是一個(gè)重要的治療靶點(diǎn)，它的突變導(dǎo)致約30 %的常染色體顯性視網(wǎng)膜色素變性和15 %的遺傳性視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良）。
4、CRISPR的優(yōu)勢
這種技術(shù)允許更大程度地刪除永久破壞目標(biāo)基因的遺傳密碼。Tsang博士發(fā)現(xiàn)，使用兩個(gè)向?qū)NA（而非一個(gè)guide RNA）可將清理壞基因的幾率從30 %提高到90 %。在該研究中，他們將這種基因組手術(shù)工具與基因置換技術(shù)相結(jié)合，利用腺相關(guān)病毒將健康的基因?qū)胍暰W(wǎng)膜。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是這種技術(shù)可以用于非分裂細(xì)胞，這意味著它可以使基因治療集中于非分裂的成人細(xì)胞（例如眼睛、大腦或心臟的細(xì)胞）。而迄今為止，CRISPR在分裂細(xì)胞中的應(yīng)用一直比非分裂細(xì)胞更為有效。
5、前景可觀
Tsang采用客觀的視力測試評估小鼠治療后的視網(wǎng)膜功能，結(jié)果顯示得到顯著改善。以前CRISPR對視網(wǎng)膜疾病的研究依賴于一種不太客觀的測量方法（包括評估小鼠向光源方向轉(zhuǎn)動頭部的頻率），現(xiàn)在Tsang用全新視網(wǎng)膜電圖（electroretinography）證實(shí)，與未治療的小鼠眼睛相比，治療后的視網(wǎng)膜變性得到減緩。
Tsang預(yù)計(jì)，人類試驗(yàn)將在三年后開展。 “基因組手術(shù)即將來臨，眼科將是首個(gè)看到這一手術(shù)的領(lǐng)域。”他如此肯定。
參考資料：1）CRISPR for Eye Disease Moves Closer to Reality
來源：生物探索
