利用CRISPR-Cas基因組編輯系統(tǒng)，現(xiàn)在可以對細胞中的基因進行精準地切割、修復(fù)甚至替換，這一技術(shù)已為治愈一系列罕見的遺傳疾病開辟了新的可能。因發(fā)現(xiàn)CRISPR基因組編輯系統(tǒng)的兩位科學(xué)家也在今年榮獲諾貝爾獎化學(xué)獎。

這項技術(shù)的應(yīng)用范圍還在不斷突破。近日，《科學(xué)》旗下Science Advances期刊發(fā)表了一項研究，以色列特拉維夫大學(xué)（Tel Aviv University）的科學(xué)家與其合作者，開發(fā)了利用CRISPR-Cas9技術(shù)治療癌癥的創(chuàng)新方法。主要負責(zé)人Dan Peer教授表示：“這是世界上首次通過研究證明，CRISPR基因組編輯系統(tǒng)可以有效地用于治療動物癌癥。”

論文中指出，利用CRISPR-Cas9技術(shù)治療癌癥，需要克服兩個主要障礙：腫瘤編輯效率低和現(xiàn)有遞送系統(tǒng)的潛在毒性。

為此，這支研究團隊采用了一種新方法，以脂質(zhì)納米顆粒（簡稱LNP）作為遞送工具，把編碼Cas9的信使RNA以及靶向特定基因的向?qū)NA包裹在內(nèi)。通過特殊的化學(xué)修飾，這些RNA分子可以在脂質(zhì)納米顆粒中保持穩(wěn)定。

▲CRISPR-LNP的示意圖（圖片來源：參考資料[1]）

研究團隊首先在多種腫瘤細胞系上，驗證了這種方法可以高效且特異地進行基因編輯。隨后，他們在癌癥小鼠模型上進一步評估了體內(nèi)治療的潛力。

研究人員選擇了兩種侵襲性強、并且還沒有治愈方法的致命癌癥：膠質(zhì)母細胞瘤和轉(zhuǎn)移性卵巢癌。其中，膠質(zhì)母細胞瘤是一類腦癌，由于血腦屏障的存在，傳統(tǒng)抗癌療法很難起作用，確診后的預(yù)期壽命平均為15個月，5年生存率僅為3%。卵巢癌則是導(dǎo)致女性死亡的一種主要癌癥類型，特別是當癌細胞已經(jīng)轉(zhuǎn)移擴散到全身時，患者的生存率大大降低。

作為概念驗證，研究人員給膠質(zhì)母細胞瘤小鼠注射了靶向PLK1的CRISPR-LNP。PLK1是細胞分裂必需的一種酶，在對腫瘤細胞內(nèi)編碼這種酶的基因進行編輯后，可以成功引起腫瘤細胞凋亡。與對照組相比，單次腦內(nèi)注射CRISPR-LNP的小鼠，基因編輯效率達到70%。小鼠的中位生存期從32.5天增加到48天以上，有30%的小鼠至少存活了60天，而對照組小鼠在40天時已全部死亡。

▲腦內(nèi)注射CRISPR-LNP后，膠質(zhì)母細胞瘤的生長得到了顯著抑制，動物生存時間延長（圖片來源：參考資料[1]）

類似的，這種療法也顯著改善了轉(zhuǎn)移性卵巢癌小鼠的生存。利用抗體修飾，研究人員構(gòu)建的脂質(zhì)納米顆?？梢蕴禺愋葬槍Π┘毎线^表達的受體EGFR，使它們選擇性地進入卵巢癌細胞。只要單次注射，基因編輯效率就可達80%。兩次注射后，不僅強烈抑制了腫瘤的生長，小鼠的總體生存率提高近80%。

此外，新療法的安全性也得到了研究人員的關(guān)注。實驗分析結(jié)果顯示，在治療所用的劑量下，CRISPR-LNP沒有出現(xiàn)毒性和免疫原性。

研究人員指出，很多類型的癌癥有復(fù)發(fā)率高、出現(xiàn)耐藥性等的現(xiàn)象，重復(fù)給藥還會增加與治療相關(guān)的毒性，嚴重降低患者的生活質(zhì)量。利用CRISPR-Cas基因編輯技術(shù)，將有望永久性地破壞腫瘤存活基因，提高治療效果。

基于在治療兩種惡性腫瘤中展現(xiàn)出的潛力，研究人員表示，這種新的技術(shù)也為治療其他類型的疾病開辟了可能性。“利用信使RNA的分子藥物是一個正在蓬勃發(fā)展的研究領(lǐng)域。實際上，目前正在開發(fā)的很多新冠疫苗就是以此為基礎(chǔ)的。”Peer教授表示，“12年前，當我們第一次談到信使RNA療法時，聽上去就像科幻小說。但我相信，不久的將來，我們將看到許多基于RNA的個體化療法，造福癌癥和其他疾病的患者。”

參考資料

[1] Daniel Rosenblum et al., (2020) CRISPR-Cas9 genome editing using targeted lipid nanoparticles for cancer therapy. Science Advances. DOI：10.1126 / sciadv.abc9450

[2] With new ‘elegant chemo,’ Israeli scientists edit genome to destroy cancer DNA https://www.timesofisrael.com/with-new-elegant-chemo-israeli-scientists-edit-genome-to-destroy-cancer-dna/