發(fā)布日期：2019-04-22
本周，最新一期《科學(xué)》子刊《Science Translational Medicine》的封面論文向我們講述了關(guān)于基因療法的一項最新進展——來自賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院和費城兒童醫(yī)院的一支團隊成功修復(fù)了小鼠的一種致命基因突變。令人贊嘆的是，在修復(fù)突變時，這些小鼠甚至還沒有誕生！
▲本研究登上了最新一期《Science Translational Medicine》的封面（圖片來源：EO TRUEBLOOD/THE CHILDREN‘S HOSPITAL OF PHILADELPHIA）具體來看，研究人員們所針對的是一種先天性遺傳疾病——表面活性蛋白缺乏癥（surfactant protein deficiency）。作為一類脂蛋白，表面活性蛋白能夠減少肺部表面的張力，對于肺的正常功能具有重要的作用。但一些罕見的情況下，嬰兒體內(nèi)會出現(xiàn)基因突變，讓表面活性蛋白出現(xiàn)缺陷。在母體中，嬰兒尚可以通過胎盤獲得氧氣。但在出生后，需要自主呼吸的患兒由于肺部功能不足，往往會在幾個小時內(nèi)快速出現(xiàn)呼吸衰竭，導(dǎo)致死亡。目前，我們對于這種疾病幾乎無能為力。想要挽救這些嬰兒的生命，我們必須在他們誕生前，就矯正胚胎的致命基因突變。
而本項研究則對“胚胎基因療法”的可行性進行了檢驗。“我們想要知道這種策略是否可行，”本研究的負(fù)責(zé)人之一，賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授Edward E。 Morrisey說道：“這里的關(guān)鍵是如何指導(dǎo)基因編輯系統(tǒng)靶向呼吸道和肺部的細(xì)胞。”
▲這套基因編輯系統(tǒng)的示意圖（圖片來源：參考資料[1]）為此，研究團隊開發(fā)了一種CRISPR基因編輯熒光報告系統(tǒng)來進行測試。在小鼠模型中，他們首先將這一系統(tǒng)注射入妊娠晚期母鼠的羊水中。按設(shè)想，隨著胚胎的呼吸動作，這些系統(tǒng)也能進入小鼠胚胎即將成型的呼吸道和肺部，進行基因編輯。而倘若基因編輯成功，我們就能在這些位點觀察到熒光。
他們成功了。顯微鏡下，研究人員們清楚地看到了基因編輯帶來了綠色熒光，表明這套系統(tǒng)的確可以在子宮內(nèi)對胚胎進行基因編輯。更可喜的是，這些基因編輯結(jié)果看似可以長期維持。具體來看，得到基因編輯的細(xì)胞里，很多屬于2型肺泡細(xì)胞，它們正是產(chǎn)生表面活性蛋白的關(guān)鍵細(xì)胞。
▲研究人員們在肺部看到了預(yù)示基因編輯成功的綠色熒光（圖片來源：Penn Medicine）在這一技術(shù)的初步框架搭建完畢后，研究人員們決定測試其修復(fù)小鼠基因突變的能力。他們使用了一種特殊的小鼠模型，其體內(nèi)帶有一條突變的SFTPC基因（會導(dǎo)致表面活性蛋白出現(xiàn)異常），另一條則是正常的野生型SFTPC基因。隨后，這些小鼠胚胎被分為3組，一組不接受任何治療，一組接受對照基因編輯（只表達(dá)綠色熒光蛋白），另一組則在表達(dá)綠色熒光蛋白的同時，還能讓突變的SFTPC基因失活。研究人員們期望通過這種基因編輯，讓小鼠胚胎不再產(chǎn)出異常的表面活性蛋白，從而重塑肺部的生理形態(tài)，讓其恢復(fù)健康。
研究發(fā)現(xiàn)，不接受治療，或僅僅接受對照治療的小鼠胚胎，在動物出生的6個小時后全部死亡。而接受了基因編輯治療的小鼠胚胎，在24小時后依舊有8%的幼鼠存活。在出生后的第七天，總存活率依舊為5.7%。由于這些小鼠隨后被用作肺部的解剖分析，研究人員們并未獲得更長期的存活數(shù)據(jù)。但從肺部結(jié)構(gòu)來看，形態(tài)學(xué)上也得到了改善。
▲相較對照（綠色與紫色），接受基因編輯治療的小鼠（紅色）生存率有所改善（圖片來源：參考資料[1]）“能夠通過基因編輯技術(shù)，在妊娠中期到晚期，在不可逆轉(zhuǎn)的病理癥狀出現(xiàn)之前就對疾病進行治愈或者緩解，是一件令人興奮的事情！”本研究的另一位負(fù)責(zé)人，費城兒童醫(yī)院的William H。 Peranteau教授說道：“這對于肺部疾病來說尤其如此。肺部功能在出生時有更為重要的作用。”
一些評論指出，這項研究有望避免對胚胎進行基因編輯的倫理爭議——在小鼠實驗中，進行基因編輯的時間是出生前4天，相當(dāng)于人類懷孕的28周后。此時的胎兒已可算做比較極端的早產(chǎn)兒，從而避免了對人類胚胎進行編輯所產(chǎn)生的一系列問題。此外，這種基因編輯理論上也不會改變生殖細(xì)胞。
但研究人員們也指出，在規(guī)避一些重要倫理爭議的同時，它也會帶來一些全新的風(fēng)險。譬如對出生后個體進行基因編輯，至少不會影響到母體。而懷孕期間的基因編輯，其對母親的潛在影響尚且未知。此外，在另一組對照中，接受了基因編輯的野生型小鼠，在出生后7天只有25%的生存率，從而可能限制它的應(yīng)用。
總結(jié)來說，這項研究是基因編輯療法的一次良好嘗試，且從概念上驗證了在妊娠期間對胚胎進行基因編輯的可行性。這對于那些罹患致命先天性遺傳病的胎兒來說，可能打開了一扇治療的新窗口。當(dāng)然，從小鼠實驗到最終應(yīng)用于人體，我們還有很長的路要走。
來源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯
