日前，學術期刊《自然-醫學》（Nature Medicine）發表了一篇文章，總結了近期 CRISPR 在臨床應用中令人矚目的多項突破。今天，我們將與大家一起回顧這些重要進展。
1.里程碑意義的臨床試驗基因編輯技術治療遺傳性血液病的想法得到了 CRISPR Therapeutics、Beam Therapeutics 等多家生物初創公司的關注，基於 CRISPR/Cas9 系統開發的療法在2020年取得了積極的早期結果。
2020年底的美國血液學會（ASH）年會上，CRISPR Therapeutics 公佈了在研療法CTX001，用於治療β地中海貧血（TDT）和鐮刀型細胞貧血病（SCD）患者的臨床資料。這兩種血紅蛋白病都是由編碼血紅蛋白的基因出現單鹼基突變而導致，不過新療法並不是直接利用 CRISPR 把突變基因替換為健康複製，而是使用基因組編輯改變基因調控機制。這套調控機制正常情況下會在發育早期關閉另一個編碼血紅蛋白的基因，新療法透過在體外改造造血幹細胞，使之提供足夠多的替補血紅蛋白，彌補突變基因造成的缺陷。有4名患者接受 CTX001 治療後，到最後一次隨訪時，可以不依賴長期輸血。
加州大學伯克利分校的分子生物學家 Ross Wilson 博士對此評價說，“這是一個巨大的勝利。”
另一項具有里程碑意義的 CRISPR 臨床試驗旨在透過消除致病基因突變，治療一種被稱為“Leber先天性黑矇10”（LCA10）的遺傳性致盲疾病，由張鋒教授建立的Editas Medicine公司與艾爾建（Allergan）公司合作開展，在2020年完成了首例患者給藥。
臨床試驗的成功突破也讓CRISPR療法被《科學》列入2020年的重要科學突破。
2.單鹼基編輯技術哈佛大學知名化學家劉如謙（David Liu）博士與同事們開發了 CRISPR 的一種“變體”，即單鹼基編輯（base editing）技術，可以直接將鹼基胞嘧啶（C）改寫為尿嘧啶（U），或是改寫腺嘌呤（A），使聚合酶將其視為鳥嘌呤（G）。他們建立的Beam Therapeutics公司，正在將這一技術帶到臨床。
2020年7月，劉如謙博士與諾獎得主Jennifer Doudna教授合作，在《科學》上發表研究論文，以3.2埃的解析度解析了首個單鹼基編輯器的詳細3D結構，為其他鹼基編輯器的發展提供洞見。
另一篇發表在《自然》的論文中，劉如謙博士與合作者透過改造一種特殊的細菌毒素，開發出了第一款實現線粒體DNA精確編輯的分子工具。劉如謙博士表示：“線粒體是生物學中為數不多未被精確基因組編輯觸達的角落之一，而現在有了這款新的基因編輯工具，我們第一次可以有目的地改變活細胞中的線粒體DNA序列。”
在《科學》子刊 Science Translational Medicine 發表的一篇研究中，研究人員利用單鹼基編輯技術，開展了一項臨床前研究，修復導致耳聾的一種突變基因。在遺傳性耳聾模型小鼠中，他們將鹼基編輯器直接注入新生小鼠的內耳，部分恢復了這些動物的聽力。
此外，2020年《自然》子刊 Nature Biotechnology 同時發表的三篇研究論文表明，還可以同時引入不同的鹼基編輯器，實現同一時間的多點編輯。“達到真正的高效率時，相當於一箭‘四’雕。”單鹼基編輯技術的開發者之一Nicole Gaudelli博士說。她相信，這種策略將在改造T細胞治療癌症方面發揮重要作用。
3.新的癌症免疫療法2020年2月，癌症免疫療法知名科學家 Carl June 教授與合作者在《科學》發文，報道了用 CRISPR 編輯的T細胞治療癌症患者的首個臨床研究，2名難治性晚期骨髓瘤患者和1名難治性轉移性肉瘤患者接受了治療。
短短2個月後，由四川大學華西醫院腫瘤科盧鈾教授領銜的研究小組，在《自然-醫學》釋出Ⅰ期臨床試驗結果，表明用類似的方法治療難治性非小細胞肺癌患者安全可行。
除了改造T細胞外，明尼蘇達大學（University of Minnesota）的科學家 Branden Moriarity 博士與同事正在嘗試用 CRISPR 編輯技術改造天然殺傷細胞（NK細胞），使之選擇性地清除癌細胞。“很多患者體內的腫瘤沒有停止生長，天然殺傷細胞可以作為殺死癌細胞的後備計劃。”他說。
4.新型遞送技術多家生物技術公司正在積極探索利用非病毒載體的遞送方式。Beam Therapeutics 的 Gaudelli 博士介紹，他們已經開始研究利用脂質奈米顆粒遞送治療遺傳性肝病的基因編輯療法。
另一家由 Jennifer Doudna 教授建立的 Intellia Therapeutics 公司利用脂質奈米顆粒包裝CRISPR-Cas9系統，透過靜脈注射全身性給藥，降低致病蛋白的表達，治療遺傳性轉甲狀腺素蛋白澱粉樣變性。
與此同時，眾多科學家也在開始為CRISPR構建更合適的病毒載體，例如改造腺相關病毒（AAV）使其能攜帶更大的DNA片段，並靶向特定的細胞型別。
5.抗擊新冠當2020年新冠病毒席捲全球時，科學家們讓 CRISPR 基因編輯技術有了新的用武之地。兩家生物技術診斷公司 Mammoth Biosciences 和 Sherlock biosciences 迅速開發了基於 CRISPR 的新冠病毒檢測技術。其中，由張鋒教授團隊開發的 Sherlock 測試，在2020年5月獲得了美國FDA的緊急使用授權。
既然 CRISPR 可以用來檢測病毒的存在，是否也可以用來抗病毒？事實上，人類在對抗另一種棘手病毒的過程中，CRISPR 基因編輯技術確實已經開始發揮出新的作用。一支研究團隊將抗逆轉錄病毒藥物與 CRISPR 基因編輯技術相結合，靶向切除宿主細胞內整合的 HIV 序列，首次在活體動物的基因組中消除了 HIV 的 DNA，為治癒艾滋病邁出了重要一步。
結語從2000年人類基因組計劃的第一份草圖，到如今基因編輯技術走入臨床應用，過去20年，科學和技術發展推動疾病治療不斷取得突破。站在2021年的新起點，我們期待這些變革性的創新療法，為病患帶來更多治療成功的機會。
參考資料：[1] Arnold, C. What’s new in clinical CRISPR?. Nat Med (2021). https://doi.org/10.1038/s41591-020-01222-4[2] New understanding of CRISPR-Cas9 tool could improve gene editing. Retrieved Aug 1, 2020, from https://news.berkeley.edu/2020/07/30/new-understanding-of-crispr-cas9-tool-could-improve-gene-editing/