在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)費(fèi)城兒童醫(yī)院和賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院的研究人員首次進(jìn)行產(chǎn)前基因編輯來(lái)阻止實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物出現(xiàn)致命性的代謝障礙，從而有潛力在出生前治療人類先天性疾病。這就為在產(chǎn)前利用一種復(fù)雜的低毒的工具高效地對(duì)致病性基因中的DNA堿基進(jìn)行編輯提供了概念驗(yàn)證。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年10月的Nature Medicine期刊上，論文標(biāo)題為“In utero CRISPR-mediated therapeutic editing of metabolic genes”。論文通信作者為賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院的Kiran Musunuru博士 和William H. Peranteau博士。

圖片來(lái)自Nature Medicine, doi:10.1038/s41591-018-0184-6。

這些研究人員使用了基因編輯工具CRISPR-Cas9和第三代堿基編輯器（base editor 3, BE3）靶向編輯一種調(diào)節(jié)膽固醇水平的基因，從而降低了在子宮內(nèi)接受過(guò)這種治療的健康小鼠中的膽固醇水平。他們還在一小部分事先經(jīng)過(guò)基因改造而攜帶著導(dǎo)致一種致命性肝臟疾病---1型遺傳性酪氨酸血癥（hereditary tyrosinemia type 1, HT1）---的突變的小鼠中使用產(chǎn)前基因編輯來(lái)改善它們的肝臟功能和阻止新生小鼠死亡。

人類中的HT1通常出現(xiàn)在嬰兒期，并且通?？梢杂靡环N稱為尼替西農(nóng)（nitisinone）的藥物和嚴(yán)格的飲食來(lái)加以治療。然而，當(dāng)治療失敗時(shí)，患者有患上肝衰竭或肝癌的風(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)前治療可能為預(yù)防HT1和潛在地預(yù)防其他的先天性疾病打開一扇門。

Peranteau說(shuō)，“我們的最終目標(biāo)是將這種概念驗(yàn)證研究中使用的方法轉(zhuǎn)化為治療在妊娠早期診斷出的嚴(yán)重疾病。我們希望將這一策略加以擴(kuò)展，以便在產(chǎn)前干預(yù)當(dāng)前大多數(shù)患者所患的沒有有效治療方法并且導(dǎo)致嬰兒死亡或嚴(yán)重并發(fā)癥的先天性疾病。”

Musunuru說(shuō)，“我們使用BE3來(lái)關(guān)閉一種致命性的基因突變的影響。我們還計(jì)劃利用這種相同的堿基編輯技術(shù)不僅破壞突變的影響，而且還直接校正這種突變。”Musunuru之前已證實(shí)它能夠被用來(lái)降低血液中的膽固醇和脂肪水平，這可能導(dǎo)致人們開發(fā)出一種預(yù)防心血管疾病的“疫苗”。

在這項(xiàng)新的研究中，這些研究了使用BE3，它將CRISPR與一種經(jīng)過(guò)修飾的Cas9連接在一起而形成CRISPR-Cas9基因編輯工具的一種存在部分活性的版本，并利用這種版本作為一種歸巢復(fù)合物將一種酶攜帶到胎鼠肝細(xì)胞基因組中的一個(gè)高度特異性的位置。這種酶對(duì)靶基因序列進(jìn)行化學(xué)修飾，從而將一種DNA堿基改變?yōu)榱硪环NDNA堿基。BE3可能比CRISPR-Cas9更安全，這是因?yàn)樗荒芡耆懈頓NA分子，并且在修復(fù)這種切割時(shí)容易受到意外錯(cuò)誤的影響，正如在使用CRISPR-Cas9基因編輯工具時(shí)觀察到的那樣。

這項(xiàng)研究中的這些在產(chǎn)前接受治療的小鼠在出生后攜帶著穩(wěn)定數(shù)量的經(jīng)過(guò)基因編輯的肝細(xì)胞長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月，沒有證據(jù)表明在其他的DNA位點(diǎn)上存在著不必要的脫靶編輯。在一部分事先經(jīng)過(guò)基因改造產(chǎn)生的HT1小鼠模型中，BE3改善肝功能并保持存活。這些接受BE3治療的小鼠也比接受尼替西農(nóng)治療的小鼠更健康，其中尼替西農(nóng)是當(dāng)前的HT1患者的一線治療藥物。

為了運(yùn)送CRISPR-Cas9和BE3，這些研究人員選擇了經(jīng)常在基因治療實(shí)驗(yàn)中使用的腺病毒載體。鑒于之前的基因治療研究已表明腺病毒載體可能會(huì)引起宿主免疫系統(tǒng)產(chǎn)生意外之外的和有時(shí)是有害的反應(yīng)，他們正在研究替代性運(yùn)送方法，如脂質(zhì)納米顆粒。這些替代性運(yùn)送方法不太可能刺激不想要的免疫反應(yīng)。

除了使用堿基編輯技術(shù)直接校正導(dǎo)致疾病的突變之外，這些研究人員的未來(lái)研究方向?qū)⑹茄芯窟@種技術(shù)在其他疾?。ò切┰诔闻K以外的器官中發(fā)生的疾病）中的應(yīng)用。

Peranteau說(shuō)，“在將產(chǎn)前基因編輯轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐之前，還需開展大量的研究工作，包括研究更具臨床相關(guān)性的運(yùn)送方法，并確保它們的安全性。但是，我們對(duì)這種治療肝臟和其他器官中出現(xiàn)的遺傳疾病的方法的潛力感到興奮，這是因?yàn)槟壳皫缀鯖]有針對(duì)這些遺傳疾病的治療方案。”（生物谷 Bioon.com）

參考資料：Avery C. Rossidis, John D. Stratigis, Alexandra C. Chadwick et al. In utero CRISPR-mediated therapeutic editing of metabolic genes. Nature Medicine, October 2018, 24(10):1513–1518, doi:10.1038/s41591-018-0184-6.

Huiyun Seo & Jin-Soo Kim. Towards therapeutic base editing. Nature Medicine, October 2018, 24(10):1493–1495, doi:10.1038/s41591-018-0215-3.