編譯｜王聰

在過去的2020年裡，CRISPR風頭一時無兩，Emmanuelle Charpentier 和 Jennifer Doudna 因CRISPR基因編輯榮獲諾貝爾化學獎。此外，在這一年裡，CRISPR基因編輯取得了長足進步，從開發更有效的基因編輯工具，到治療癌症和遺傳疾病，CRISPR開始從一個基礎研究工具成功邁入臨床應用。

臨床試驗

CRISPR Therapeutics（由Emmanuelle Charpentier等人創立 ）和Beam Therapeutics（由劉如謙等人創立）等CRISPR領域初創公司都將注意力放到了了血紅蛋白病上，例如β-地中海貧血和鐮狀細胞病。這兩種疾病都是由編碼血紅蛋白的基因的單鹼基突變引起的，並可能導致危及生命的疾病。

不過，這些公司並未使用CRISPR技術修復或替換這些突變基因，而是採用了“曲線救國”的方式，BCL11A是一種轉錄因子，可抑制紅系細胞中的γ-珠蛋白和胎兒血紅蛋白表達，透過CRISPR技術抑制BCL11A，就能重新啟用γ-珠蛋白表達，從而治療地中海貧血症和鐮刀狀細胞貧血症。

2020年11月，CRISPR Therapeutics宣佈了其名為CTX001的療法取得了早期成功，該療法透過電穿孔將CRISPR-Cas9遞送至造血幹細胞。用白消安對患者自身的造血幹細胞進行化學清除後，將被CRISPR-Cas9編輯後的造血幹細胞輸注回患者體內。四名接受治療的β-地中海貧血或鐮狀細胞病患者不再依靠輸血治療。

該臨床試驗結果於2020年12月5日在《新英格蘭醫學期刊》發表，這項臨床試驗的成功，是CRISPR基因編輯的一個巨大勝利，2012年，Emmanuelle Charpentier 和 Jennifer Doudna 搞清楚了CRISPR-Cas9生化原理，而在2020年，已經用於治療人類遺傳病，這標誌著使用CRISPR治療疾病不再是一個理論上的想法，而幾乎是一個肯定的治療方法。

最近，Editas Medicine（由張鋒等人創立）正在進行另一項CRISPR臨床試驗，透過將CRISPR基因編輯系統直接遞送到眼睛，以刪除引起遺傳性失明的基因突變，治療先天性黑蒙症10型。

單鹼基編輯

單鹼基編輯（Base Editing），是一種基於CRISPR的變體，由哈佛大學化學家劉如謙（David Liu）等人開發。

2016年4月20日，劉如謙等人在 Nature 發表論文，首次可以透過可靠、可預測的方法，實現對改變活細胞基因組中的單個鹼基進行修改。

2017年10月25日，劉如謙等人進一步升級，開發出了單鹼基編輯器（Base Editor），將Cas9和APOBEC（胞嘧啶脫氨酶）整合，能夠在不造成DNA雙鏈斷裂的情況下，將A-T鹼基對轉換為G-C鹼基對，實現對基因組點突變的定點矯正修復。

緊接著，劉如謙等人創立了Beam Therapeutics，致力於將單鹼基編輯技術帶向臨床應用。

2020年7月8日，劉如謙團隊在 Nature 雜誌發表研究論文，發現並命名了一種細菌毒素——DddA，它可以催化雙鏈DNA（dsDNA）中胞苷的脫氨，將胞嘧啶（C）轉化為尿嘧啶（U）。將DddA分裂半體與轉錄啟用子樣效應子陣列蛋白（TALE）和尿嘧啶糖基化酶抑制劑融合，產生無RNA的DddA衍生的胞嘧啶鹼基編輯器（DdCBE），可催化人線粒體DNA（mtDNA）中C•G到T•A的轉化，且具有很高的靶向特異性和編輯準確性。這一不依賴CRISPR的鹼基編輯器——DdCBE，能夠實現對線粒體基因組（mtDNA）的精準編輯，這為研究線粒體遺傳病和治療線粒體遺傳病帶來了前所未有的工具。

2020年6月3日，劉如謙等在 Science Translational Medicine 雜誌發表封面論文，透過雙AAV載體遞送單鹼基編輯器，成功恢復Tmc1基因隱性突變導致的完全耳聾小鼠的聽力。這是人類首次透過基因編輯技術解決隱性遺傳突變導致的遺傳疾病。

2020年6月1日，Nature Biotechnology雜誌同期發表了來自華東師範大學李大力等團隊的四篇研究論文，這些研究表明，單鹼基編輯器可以實現同時編輯多個位點，這意味著，單鹼基編輯系統有很大的潛力改造工程T細胞，用於癌症治療。

癌症免疫療法

2020年2月28日，賓夕法尼亞大學癌症生物學家 Carl June 在 Science 雜誌上發表封面論文，這是第一個多重CRISPR/Cas9編輯工程改造的T細胞進行癌症治療的人類臨床試驗，實驗結果表明了該療法在難治性癌症患者中的安全性和可行性。

2020年4月28日，華西醫院盧鈾教授團隊在 Nature Medicine 發表論文，該論文報道了使用CRISPR-Cas9技術編輯非小細胞肺癌患者T細胞PD-1基因的首個人類I期臨床試驗結果（ClinicalTrials.gov NCT02793856）。結果表明：CRISPR-Cas9基因編輯的T細胞的臨床應用通常是安全可行的，未來的試驗應使用改進的基因編輯方法來提高治療效果。

而明尼蘇達大學的Branden Moriarity則致力於使用CRISPR技術來改造自然殺傷細胞（NK細胞），從而創造出與CAR-T細胞療法等效的療法，以選擇性地根除癌細胞。

CRISPR的遞送問題

目前來說，腺相關病毒（AAV）是用於體內基因治療的最佳遞送載體，但是AAV病毒尺寸太小，以至於只能包裝進少量DNA，而Cas9通常比較大，這也是CRISPR-Cas9基因編輯應用受限的一大因素。

為了解決這一難題，科學家們從兩方面開始努力，一是開發替代性遞送載體，例如脂質奈米顆粒（LNP），一是尋找更小尺寸的Cas9蛋白。

2020年11月，Intellia Therapeutics（由Jennifer Doudna等創立）透過脂質奈米顆粒（LNP）遞送CRISPR-Cas9，用於治療遺傳性轉甲狀腺素蛋白澱粉樣變性（hATTR）患者。

Beam Therapeutics公司也已開始研究使用基於陽離子脂質奈米顆粒來遞送CRISPR系統用於治療遺傳學肝病。

此外，還有一些病毒學家則致力於改進AAV病毒，使其能夠容納更多DNA。

在新冠肺炎中大顯身手

新冠肺炎大流行成為了改變了全球性的事件，但它也為CRISPR提供了閃耀的機會。

新冠疫情爆發後，兩家生物技術診斷公司Sherlock Biosciences（由張鋒等人創立）和Mammoth Biosciences（由Jennifer Doudna等人創立）各自迅速行動，開發基於CRISPR的新冠病毒診斷試劑盒。

2020年5月，Sherlock Biosciences的新冠診斷試劑盒獲得了美國食品藥物監督管理局（FDA）的緊急使用授權。

用於治療艾滋病

實際上，CRISPR既然能用於檢測病毒，那麼也能用於對抗和清除病毒。

2020年11月27日，美國天普大學的研究人員在 Nature Communications 雜誌上發表論文。

這項研究使用Excision BioTherapeutics開發的CRISPR基因編輯技術，成功地在非人靈長類動物的基因組中編輯清除了與HIV密切相關的SIV-a病毒，這在艾滋病研究中邁出了重要一步。這一突破也使得人類比以往任何時候都更接近於開發出徹底治癒艾滋病的方法。

儘管抗逆轉錄病毒藥物可以將HIV含量降低到接近零，但HIV病毒可以透過將其基因組插入人體DNA中而潛伏下來。Excision BioTherapeutics對CRISPR-Cas9進行程式設計，使其靶向宿主細胞中的HIV基因序列並將其切碎，從而消除了HIV病毒庫並治癒感染。

參考資料：

https://www.nature.com/articles/s41591-020-01222-4