Nature：过去一年CRISPR临床应用突破性进展

生物360 · 公众号 · 医学 · 2021-02-19 19:36

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在过去的2020年里，CRISPR风头一时无两，Emmanuelle Charpentier 和 Jennifer Doudna 因CRISPR基因编辑荣获诺贝尔化学奖。此外，在这一年里，CRISPR基因编辑取得了长足进步，从开发更有效的基因编辑工具，到治疗癌症和遗传疾病，CRISPR开始从一个基础研究工具成功迈入临床应用。

临床试验

CRISPR Therapeutics（由Emmanuelle Charpentier等人创立）和Beam Therapeutics（由刘如谦等人创立）等CRISPR领域初创公司都将注意力放到了了血红蛋白病上，例如β-地中海贫血和镰状细胞病。这两种疾病都是由编码血红蛋白的基因的单碱基突变引起的，并可能导致危及生命的疾病。

不过，这些公司并未使用CRISPR技术修复或替换这些突变基因，而是采用了“曲线救国”的方式，BCL11A是一种转录因子，可抑制红系细胞中的γ-珠蛋白和胎儿血红蛋白表达，通过CRISPR技术抑制BCL11A，就能重新激活γ-珠蛋白表达，从而治疗地中海贫血症和镰刀状细胞贫血症。

2020年11月，CRISPR Therapeutics宣布了其名为CTX001的疗法取得了早期成功，该疗法通过电穿孔将CRISPR-Cas9递送至造血干细胞。用白消安对患者自身的造血干细胞进行化学清除后，将被CRISPR-Cas9编辑后的造血干细胞输注回患者体内。四名接受治疗的β-地中海贫血或镰状细胞病患者不再依靠输血治疗。

该临床试验结果于2020年12月5日在《新英格兰医学期刊》发表，详情：CRISPR基因编辑人类临床试验，治愈两种遗传性贫血症

这项临床试验的成功，是CRISPR基因编辑的一个巨大胜利，2012年，Emmanuelle Charpentier 和 Jennifer Doudna 搞清楚了CRISPR-Cas9生化原理，而在2020年，已经用于治疗人类遗传病，这标志着使用CRISPR治疗疾病不再是一个理论上的想法，而几乎是一个肯定的治疗方法。

最近，Editas Medicine（由张锋等人创立）正在进行另一项CRISPR临床试验，通过将CRISPR基因编辑系统直接递送到眼睛，以删除引起遗传性失明的基因突变，治疗先天性黑蒙症10型。详情：张锋的一小步，CRISPR的一大步：全球首个在体CRISPR基因编辑完成患者给药

单碱基编辑

单碱基编辑（Base Editing），是一种基于CRISPR的变体，由哈佛大学化学家刘如谦（David Liu）等人开发。

2016年4月20日，刘如谦等人在 Nature 发表论文，首次可以通过可靠、可预测的方法，实现对改变活细胞基因组中的单个碱基进行修改。

2017年10月25日，刘如谦等人进一步升级，开发出了单碱基编辑器（Base Editor），将Cas9和APOBEC（胞嘧啶脱氨酶）整合，能够在不造成DNA双链断裂的情况下，将A-T碱基对转换为G-C碱基对，实现对基因组点突变的定点矫正修复。

紧接着，刘如谦等人创立了Beam Therapeutics，致力于将单碱基编辑技术带向临床应用。

2020年7月8日，刘如谦团队在 Nature 杂志发表研究论文，发现并命名了一种细菌毒素——DddA，它可以催化双链DNA（dsDNA）中胞苷的脱氨，将胞嘧啶（C）转化为尿嘧啶（U）。将DddA分裂半体与转录激活子样效应子阵列蛋白（TALE）和尿嘧啶糖基化酶抑制剂融合，产生无RNA的DddA衍生的胞嘧啶碱基编辑器（DdCBE），可催化人线粒体DNA（mtDNA）中C•G到T•A的转化，且具有很高的靶向特异性和编辑准确性。这一不依赖CRISPR的碱基编辑器——DdCBE，能够实现对线粒体基因组（mtDNA）的精准编辑，这为研究线粒体遗传病和治疗线粒体遗传病带来了前所未有的工具。详情：刘如谦团队首次实现线粒体精准基因编辑，无需CRISPR系统

2020年6月3日，刘如谦等在 Science Translational Medicine 杂志发表封面论文，通过双AAV载体递送单碱基编辑器，成功恢复Tmc1基因隐性突变导致的完全耳聋小鼠的听力。这是人类首次通过基因编辑技术解决隐性遗传突变导致的遗传疾病。详情：人类首次通过基因编辑攻克隐性遗传病

2020年6月1日，Nature Biotechnology杂志同期发表了来自华东师范大学李大力等团队的四篇研究论文，这些研究表明，单碱基编辑器可以实现同时编辑多个位点，这意味着，单碱基编辑系统有很大的潜力改造工程T细胞，用于癌症治疗。

癌症免疫疗法

2020年2月28日，宾夕法尼亚大学癌症生物学家 Carl June 在 Science 杂志上发表封面论文，这是第一个多重CRISPR/Cas9编辑工程改造的T细胞进行癌症治疗的人类临床试验，实验结果表明了该疗法在难治性癌症患者中的安全性和可行性。详情：CRISPR同时编辑T细胞多个基因，安全有效治疗癌症晚期

2020年4月28日，华西医院卢铀教授团队在 Nature Medicine 发表论文，该论文报道了使用CRISPR-Cas9技术编辑非小细胞肺癌患者T细胞PD-1基因的首个人类I期临床试验结果（ClinicalTrials.gov NCT02793856）。结果表明：CRISPR-Cas9基因编辑的T细胞的临床应用通常是安全可行的，未来的试验应使用改进的基因编辑方法来提高治疗效果。详情：CRISPR基因编辑人体实验第一人卢铀，正式发布临床试验结果：安全有效

而明尼苏达大学的Branden Moriarity则致力于使用CRISPR技术来改造自然杀伤细胞（NK细胞），从而创造出与CAR-T细胞疗法等效的疗法，以选择性地根除癌细胞。

CRISPR的递送问题

目前来说，腺相关病毒（AAV）是用于体内基因治疗的最佳递送载体，但是AAV病毒尺寸太小，以至于只能包装进少量DNA，而Cas9通常比较大，这也是CRISPR-Cas9基因编辑应用受限的一大因素。

为了解决这一难题，科学家们从两方面开始努力，一是开发替代性递送载体，例如脂质纳米颗粒（LNP），一是寻找更小尺寸的Cas9蛋白。

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