美國將進行CRISPR 人體臨床研究把“潘多拉魔盒”變成“濟世懸壺”
今年秋天，18位患有萊伯氏先天性黑朦10型的美國盲人將接受一種新型療法的臨床試驗。引人注目的是，這款叫做EDIT-101的治療方案，是一種由Editas Medicine和Allergan兩家公司開發的基因編輯療法。
這並不是基因編輯技術第一次走入正規的人類臨床試驗，但由於EDIT-101需要直接注射進患者的視網膜下，因而有望成為世界上第一款直接在人體內使用的CRISPR/ Cas9基因編輯療法。
近年來，利用CRISPR/ Cas9基因編輯技術治療人類疾病的研究方興未艾。今天的我們，究竟該如何理解這種技術對人類的意義，它究竟是濟世的懸壺，還是潘多拉的魔盒？
另闢蹊徑的“基因剪刀”
萊伯氏先天性黑朦（Leber congenital amaurosis，LCA），是一種嚴重的遺傳性視網膜病變，也是導致兒童先天性眼盲的主要原因之一。患有這種疾病的嬰兒，會在出生時至一歲以內，快速喪失雙眼視錐細胞功能，直到完全失明。
萊伯氏先天性黑朦可以分為多種不同類型，大多數是由常染色體上的不同基因突變引起的。因此，科研人員很早就開始探索這種疾病的基因療法。
2017年底，首個針對萊伯氏先天性黑朦2型的基因治療藥物Luxturna獲美國FDA批准上市。萊伯氏先天性黑朦2型是由RPE65基因突變引起的。而Luxturna的基本治療原理，就是通過AAV病毒載體，把正常的RPE65基因遞送到視網膜細胞。2018年3月，麻省眼耳鼻喉醫院首次對人類患者進行了商業治療性質的Luxturna藥物注射。當時這位患者支付了85萬美元的治療費用。
但是另一種類型的萊伯氏先天性黑朦——10型，卻無法複製這種治療思路。因為引起這種疾病的是另一個發生突變的基因——CEP290基因。CEP290基因的編碼序列比較大，遠遠超出了AAV病毒的包裝能力。簡單而言，就是嬌小的運輸車無法把大塊頭的正常基因運送到視網膜細胞中——它“超載”了。
Editas Medicine公司決定另闢蹊徑，他們依然僱傭了AAV病毒這種運輸車，但搭載的不是正常CEP290基因，而是能破壞突變基因的“基因剪刀”——金黃色葡萄球菌Cas9（一種CRISPR/ Cas9基因編輯工具）。在CEP290特異嚮導RNA的引路下，這種基因剪刀在眼睛的光感受細胞內直接將突變內含子中的突變序列整體刪除或倒位，從而恢復了CEP290的正常表達。
在開展人類臨床試驗之前，這項技術已經經過了視網膜組織體外實驗、小鼠實驗和靈長類動物安全實驗，相關論文於2019年1月發表於《自然—醫學》。
對大眾而言，基因療法和基因編輯療法的概念或許並不那麼容易區分。“多數已經走上應用的基因療法是通過向細胞內導入正常基因實現的，這種方法不對患者原有的基因組進行改變；而基因編輯療法作為基因療法中特殊的一類，則是利用CRISPR/ Cas9基因編輯工具，直接在患者自身基因上’修修補補’。”中國科學技術大學教授薛天向《中國科學報》解釋。可以看到，上述萊伯氏先天性黑朦2型的治療手段屬於傳統的基因治療，而針對萊伯氏先天性黑朦10型的EDIT-101療法，則是真正意義上的基因編輯療法。
取道巧妙的先行者
近年來，針對眼科疾病的基因治療研究開展得如火如荼。據不完全統計，已經獲得相關國家衛生部門批准應用於臨床治療，或正處於臨床研究的基因包括：與先天性黑朦相關的RPE65基因、CEP290基因；與視網膜色素變性相關的RPGR基因、PDE6B基因、USH2A基因；與無脈絡膜症（一種從夜間視力降低和周邊視力逐漸喪失開始，最終導致視力喪失和失明的疾病）相關的REP-1基因，等等。
“眼科疾病是基因治療的一個熱門領域。”中科院神經科學研究所研究員仇子龍告訴《中國科學報》，“部分原因在於，眼睛在人體內是一個比較獨立的器官。由於缺乏大血管，經過視網膜下注射的藥物不容易經由血液循環蔓延到身體其他地方，相對來說，安全性較有保障。”
近年來，薛天、仇子龍以及中國科技大學副教授章梅等人合作，利用一種名為Targeted-RecA Enhanced homology-Directed repair （TRED）的CRISPR/RecA新型基因編輯技術，探索對視網膜色素變性的基因編輯治療。患有視網膜色素變性的小鼠經過基因編輯處理後，視錐細胞和視桿細胞的退化狀況有所減輕，視網膜的感光功能出現了一定程度的恢復。
與EDIT-101不同，TRED療法不僅用基因編輯工具破壞突變基因，還通過引入MS2-RecA複合蛋白系統，促進突變位點的同源重組，從而實現基因矯正和細胞功能修復的目的。
“CRISPR/ Cas9，正像它的綽號’基因魔剪’那樣，是一把能剪開基因的剪刀。”仇子龍說，“比較兩種針對眼科疾病的基因編輯療法，EDIT-101是通過基因編輯對由基因突變導致的異常基因剪切位點進行修復；TRED則是先剪開異常基因，再像打補丁一樣，把正常的基因修復上去。”
在當前的技術水平下，單純使用CRISPR/ Cas9剪切破壞基因序列的成功率比較高，而機體自發的同源重組進行修復的成功率則非常低。薛天認為，EDIT-101這種治療方案針對萊伯氏先天性黑蒙10型這一特殊遺傳疾病，僅需破壞一定的基因組序列，巧妙避開了目前同源重組修復效率低下這一普遍技術難題。因此，EDIT-101很適合作為一個打開CRISPR/ Cas9基因編輯治療之門的先導方向。
然而，像萊伯氏先天性黑朦10型這樣只需要剪切異常基因就能治好的遺傳性疾病，畢竟是少數。“絕大多數遺傳疾病，還是需要把CRISPR基因剪刀和其他的修復工具配合在一起發揮作用。因此怎麼提高修復效率，是科研人員未來必須攻克的問題。”仇子龍說。
打開方式正確，就不是“潘多拉魔盒”
EDIT-101並不是第一個獲批進入臨床試驗的基因編輯治療方案。
早在2018年5月，歐洲首次批准了利用基因編輯技術治療β型地中海貧血的臨床試驗，這也是歐洲批准利用CRISPR/ Cas9基因編輯技術治療的第一種人類疾病。這種名為CTX-001的治療方案是對患者的造血幹細胞進行體外基因編輯，驗證無誤後再移植進患者體內。
華東師範大學研究員吳宇軒曾參與這一研究，他對《中國科學報》說：“包括多種眼科疾病、β型地中海貧血、鐮刀狀細胞型貧血等在內，目前開展的基因編輯臨床試驗大都以當下無藥可治的遺傳疾病為攻克目標，如若成功，可以立即造福病人與社會，同時也可以反饋促進基因編輯研究的進一步發展。”
然而，與傳統的醫療技術相比，基因編輯療法似乎更容易觸動公眾的敏感神經。有人視基因編輯為“潘多拉的魔盒”，對CRISPR/ Cas9這把基因魔剪逐漸從實驗室走向更廣泛的人類生活感到不安。
對此，幾位受訪專家均表示，有必要嚴格區分對人類胚胎、生殖細胞的基因編輯，和對成體細胞的基因編輯。前者不僅會通過遺傳傳遞給下一代，進入全人類的基因庫；還會影響個體身上的全部細胞，這對單純的治病來講，不僅沒有必要，還會大大增加預期外不良表型的風險。因此在可見的一段歷史時期內，還應禁止開展人類胚胎和生殖細胞的基因編輯研究。
“目前來看，基於成體細胞的基因編輯療法才是值得提倡的策略。”吳宇軒說，“但前提是實驗設計規範嚴格，倫理問題考慮周全，技術體係也要非常完善和成熟。”
眾所周知，CRISPR/ Cas9基因編輯過程中存在“脫靶”現象，也就是“剪刀”剪在了錯誤的位置上。理論上來講，技術的進步只能降低脫靶概率，卻不能完全避免脫靶的出現。
但吳宇軒認為，只要設計嚴謹，前期驗證實驗周全，脫靶並不會是一個很大的威脅——目前用於臨床的基因編輯策略都是基於Cas9 RNP （Cas9蛋白與合成的sgRNA在體外孵育形成的複合體）的， Cas9蛋白會在編輯完成後很快降解，脫靶的概率隨之大大降低。而即便發生脫靶現象，在多數情況下也不會產生副作用。
“一切醫學手段都是獲益和風險的權衡。”薛天說，“重要的是，當一種療法走向臨床試驗，被直接用於人體時，必須有專業的倫理委員會去評估它的潛在風險是否可以接受，是否值得被接受。”
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41591-018-0327-9