近日，一篇發表在國際雜誌Nature上題為“In vivo base editing rescues Hutchinson–Gilford progeria syndrome in mice”的研究報告中，來自美國MIT和博德研究所等機構的科學家們報道了一項標誌基因療法里程碑式的研究成果。研究者表示，一種新型的CRISPR技術或能給基因療法帶來革命性的變革，從而為治療遺傳性疾病患者帶來新的希望。

文章中，研究人員對兒童早衰症進行了研究，這是一種導致兒童迅速衰老的遺傳性疾病，目前科學家們開發出的第二代CRISPR基因編輯技術—鹼基編輯（base editing）已經在小鼠機體中進行了成功測試，在這一技術的幫助下，研究人員最終或有望糾正人類的終生遺傳性疾病，包括兒童早衰症等。

一種罕見但致命的疾病

在這項研究突破之前，研究者Francis Collins已經對兒童早衰症進行了多年研究，攜帶早衰症突變的兒童往往智力正常，但會表現出普遍衰老的早期跡象，包括脫髮和聽力損失等；到了十幾歲後患兒就會顯得非常老。這些青少年患者很少有能活過13歲的；2003年，研究人員發現，兒童早衰症是由一種編碼Lamin A蛋白的基因發生突變所致，而Lamin A蛋白在細胞核中扮演著一種關鍵的結構角色。

很多人都會攜帶多種基因突變，但由於我們通常有兩個基因複製，一個來自父親，一個來自母親，往往擁有一個良好的基因複製就足夠了。但Lamin A的早衰症突變就不同了，雖然患者機體中可能有一個好的基因複製存在，但突變的複製會產生一種有毒的產物將事情搞得一團糟，這種型別的突變稱之為“顯性陰性突變”。理想情況下的解決方案是利用CRISPR技術糾正突變的複製，透過這種基因編輯工具，科學家們就能將一對分子剪刀導向基因組中的任何部位，但很不幸的是，第一代CRISPR技術雖然擅長切割基因，但並不具備糾正Lamin A突變的精確度和效率。

大規模細胞編輯所帶來的併發症

CRISPR剪刀善於尋找目標並進行切割，但隨後的重建手術則由細胞來完成，而且這並不能保證每個細胞都會發生。在實驗室中，研究人員通常只需要糾正幾個細胞就能夠搞定，然後再將其在培養皿中進一步研究。但在人類機體中，我們需要糾正大多數細胞，甚至所有細胞；如果只糾正患者手指上5個細胞的早衰症突變，而讓機體中其它細胞不被修復，或許就毫無意義。

這就是研究者David Liu在鹼基編輯技術方面工作至關重要的地方，他很早就發現了CRISPR技術的侷限性，並開始研發僅能作為靶向分子剪刀操作的分子機器。他從天然存在的酶入手，這些酶類能將遺傳密碼中的一種化學鹼基改變為另一種，比如講A轉化為G，或者將C轉化為T。隨後研究者Liu對這些酶類進行了修飾使其更加精準，並將其與CRISPR進行融合，開發出稱之為鹼基編輯器的融合蛋白，由於CRISPR技術善於讀取DNA並找到目標，因此研究者就能有效地將編輯器運送到需要改變的基因位點。

但需要強調的一點是，研究者Liu特意開發了一種鹼基編輯器以便能讓其改變鹼基，但不再像CRISPR剪刀一樣切斷DNA分子，這一點至關重要，因為切斷DNA會增加更大的染色體缺失的風險，這或許就會損害細胞。

小鼠和男性的差異

研究者知道，他們必須將鹼基編輯器植入到患有早衰症的小鼠機體細胞中來治癒這種疾病，為此他們利用一種鏤空的病毒作為運輸載體。文章中，研究人員使用了一種基於腺相關病毒（AAV）的載體，AAV是一種最小的病毒之一，其不會引起任何已知的疾病。研究者Collins等人將AAV病毒顆粒與編碼相關鹼基編輯酶的基因進行包裝，隨後將其運送到小鼠體內，被治療的小鼠基本上就能避免疾病的發生，從而變得和健康小鼠沒有區別。

參考資料：

【1】Koblan， L.W.， Erdos， M.R.， Wilson， C. et al. In vivo base editing rescues Hutchinson–Gilford progeria syndrome in mice. Nature 589， 608–614 (2021). doi：10.1038/s41586-020-03086-7

【2】New CRISPR technology could revolutionize gene therapy， offering new hope to people with genetic diseases

by Merlin Crossley， The Conversation