生物通報(bào)道  科學(xué)家們首次將基因組編輯技術(shù)CRISPR運(yùn)用于人類細(xì)胞，離現(xiàn)在還不到1年的時(shí)間。很快地這一技術(shù)便已星火燎原。現(xiàn)在來(lái)自中科院上海生命科學(xué)研究院和荷蘭Hubrecht研究所的兩個(gè)獨(dú)立研究小組證實(shí)，可以利用CRISPR在小鼠和人類干細(xì)胞中改寫(xiě)遺傳缺陷，有效地治療疾病。兩篇研究論文發(fā)表在12月5日的《細(xì)胞干細(xì)胞》（Cell Stem Cell）雜志上。

杜克大學(xué)基因組學(xué)研究人員Charles Gersbach（未參與兩項(xiàng)研究）說(shuō)：“這兩項(xiàng)研究的重要意義在于：將CRISPR帶到了它的下一個(gè)應(yīng)用階段，在這兩個(gè)研究中它糾正了致病突變。”

CRISPR代表的意思是成簇的規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）。這些RNA序列是古細(xì)菌和細(xì)菌在長(zhǎng)期演化過(guò)程中形成的抵御病毒等外來(lái)DNA的一種獲得性免疫防御機(jī)制，然而在過(guò)去1年的時(shí)間里，科學(xué)家們利用了它們來(lái)重寫(xiě)基因。這一RNA序列可充當(dāng)引導(dǎo)將一段DNA序列靶向插入到受精卵或干細(xì)胞中。這一引導(dǎo)序列將Cas9酶引導(dǎo)到目的DNA處。Cas9可以切割雙鏈，使其斷裂，或甚至關(guān)閉基因表達(dá)。在Cas9損傷DNA后，修復(fù)系統(tǒng)會(huì)修復(fù)序列，新序列就可以插入其中。

在第一篇研究論文中，來(lái)自上海生命科學(xué)院的李勁松（Jinsong Li）研究員領(lǐng)導(dǎo)研究小組，利用CRISPR/Cas9取代了引起小鼠白內(nèi)障的一個(gè)單堿基對(duì)突變。研究人員設(shè)計(jì)了一種引導(dǎo)RNA將Cas9引導(dǎo)到突變等位基因處，誘導(dǎo)了DNA切割。隨后他們利用其它野生型等位基因或寡核苷酸向受精卵提供修復(fù)機(jī)制，糾正了破壞的等位基因序列。

李勁松說(shuō)，33%的注入CRISPR/Cas9的突變體受精卵長(zhǎng)成了無(wú)白內(nèi)障小鼠。但他認(rèn)為這一技術(shù)的效率還是很低，用于臨床這一效率應(yīng)該達(dá)到100%。

加州大學(xué)伯克利分校的CRISPR技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者Jennifer Doudna說(shuō)：“這是第一次在完整動(dòng)物中利用CRISPR來(lái)治療疾病，這一突破是鼓舞人心的。兩項(xiàng)研究都證實(shí)了利用這一技術(shù)來(lái)糾正致病突變的潛力，令人極其興奮之處正在于此。”

在另一項(xiàng)研究中，來(lái)自荷蘭Hubrecht研究所的干細(xì)胞研究人員Hans Clevers領(lǐng)導(dǎo)研究組，利用CRISPR/Cas9在人類干細(xì)胞中糾正了與囊性纖維化有關(guān)的缺陷。該研究小組的目標(biāo)是編碼CFTR（囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)受體）的基因。CFTR缺失可導(dǎo)致囊性纖維化患者的蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊。

利用來(lái)自兩名囊性纖維化患兒細(xì)胞樣品的培育腸干細(xì)胞，Clevers研究小組通過(guò)CRISPR以及一個(gè)包含插入修補(bǔ)序列的供體質(zhì)粒，糾正了這一缺陷。隨后研究人員將這些細(xì)胞培育成了微型腸證實(shí)其功能正常。Clevers說(shuō)，在這種情況下大約一半的克隆類器官獲得了適當(dāng)?shù)倪z傳糾正。

在兩項(xiàng)研究中，研究人員均沒(méi)有對(duì)現(xiàn)有CRISPR實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行重大的修改。Clevers說(shuō)，相比于其他基因標(biāo)記技術(shù)，CRISPR是直接性的。“我們嘗試了TALENs和鋅指（Zinc finger）方法，CRISPR極其快速和簡(jiǎn)單。”李勁松同意這一說(shuō)法，他說(shuō)：“我認(rèn)為相比于其他可用的基因編輯技術(shù)，CRISPR/Cas9有可能是最簡(jiǎn)單的遺傳病治療策略。”

CRISPR的一個(gè)局限是，這種方法可以導(dǎo)致脫靶效應(yīng)，改變靶DNA之外其他的位點(diǎn)。Gersbach說(shuō)：“在兩項(xiàng)研究中脫靶效應(yīng)相對(duì)少見(jiàn)。盡管降低脫靶效應(yīng)是當(dāng)務(wù)之急，但認(rèn)為你能夠擺脫所有的脫靶效應(yīng)是不現(xiàn)實(shí)的。”

盡管這一方法還遠(yuǎn)未準(zhǔn)備就緒，兩項(xiàng)研究的結(jié)果均顯示出了未來(lái)臨床應(yīng)用的潛力。“我認(rèn)為每次獲得一點(diǎn)像這樣的進(jìn)展，人們就能夠更加確信這一技術(shù)有可能用于治療人類，”Doudna說(shuō)。

（生物通：何嬙）

生物通推薦原文索引：

Y. Wu, “Correction of a genetic disease in mouse via use of CRISPR-Cas9,” Cell Stem Cell, 13:659–62, 2013.

G. Schwank, “Functional repair of CFTR by CRISPR/Cas9 in intestinal stem cell organoids of cystic fibrosis patients,” Cell Stem Cell, 13:653–58, 2013.

作者簡(jiǎn)介：

李勁松

研究員，課題組長(zhǎng)，博士生導(dǎo)師

1993年7月畢業(yè)于江西農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧獸醫(yī)系，獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位；1996年7月畢業(yè)于揚(yáng)州大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，獲理學(xué)碩士學(xué)位；2002年7月畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所，獲理學(xué)博士學(xué)位；2002年8月至2007年7月在美國(guó)洛克菲勒大學(xué)從事博士后研究；2007年8月起任中科院上海生科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所研究員，研究組長(zhǎng)。2008年獲“****”項(xiàng)目支持，2012年獲“杰出青年基金”支持。

研究方向：體細(xì)胞重編程與誘導(dǎo)多能干細(xì)胞

研究工作：      
(1)完善核移植及iPSC技術(shù)誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程的方法，提高體細(xì)胞重編程的效率；
(2)探討核移植與iPSC技術(shù)誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程的機(jī)制；
(3)建立新的誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程的方法；
(4)開(kāi)展體細(xì)胞重編程的應(yīng)用研究。