在世界上首次批準CRISPR-Cas9基因組編輯療法不到一個月后，研究人員希望這種療法將在本周獲得第二項批準——這一次是來自美國，因為美國有著嚴格的監(jiān)管和利潤豐厚的醫(yī)療保健市場。
英國監(jiān)管機構(gòu)于11月16日批準了這種療法，它使一種基因失活，作為治療一種名為鐮狀細胞病的遺傳性血液疾病的一種手段。許多其他基于相同原理的CRISPR-Cas9療法正在臨床試驗中，作為一系列疾病的治療方法。
盡管這些療法很復(fù)雜，但它們僅僅是個開始。“我們傾向于稱這些為第一代基因組編輯，”馬薩諸塞州劍橋市(Cambridge)的Prime Medicine公司首席執(zhí)行官Keith Gottesdiene說。該公司正在開發(fā)基因組編輯療法。“它們可以做一些了不起的事情，但它們相當(dāng)有限。”
然而，現(xiàn)在有一批新的基于CRISPR的系統(tǒng)克服了這些限制。這些系統(tǒng)比最初的基因組編輯器更精確、更全面地編輯DNA。它們可以做出改變，比如開啟基因，這是最初的工具無法做到的。荷蘭魯汶大學(xué)呼吸疾病和胸外科實驗室的肺病專家Marianne Carlon說，對經(jīng)典CRISPR-Cas9的監(jiān)管批準為下一代基因組編輯技術(shù)“奠定了基礎(chǔ)”。
在這里，《Nature》雜志著眼于下一代CRISPR技術(shù)。
堿基編輯
基因組編輯為糾正導(dǎo)致囊性纖維化的突變提供了機會，囊性纖維化會影響肺部和消化系統(tǒng)。但是，對于這一點，經(jīng)典的CRISPR-Cas9方法幾乎沒有用:“CRISPR在破壞事物方面比修復(fù)事物要好得多，”Gottesdiener說。
相反，Carlon正在探索一種利用堿基編輯方法的囊性纖維化治療方法，這種方法可以改變單個DNA字母或堿基——例如，將T轉(zhuǎn)化為G，或?qū)轉(zhuǎn)化為T。堿基編輯依賴于原始CRISPR系統(tǒng)中使用的Cas9酶，將這些變化靶向到正確的位置。但與傳統(tǒng)的CRISPR-Cas9不同，堿基編輯通常不會在同一點切割兩條DNA鏈。相反，Cas-9會引導(dǎo)其他酶到達選定的位點，在那里它們可以進行改變DNA堿基所必需的工作。
自從堿基編輯首次被報道以來的七年里，研究人員已經(jīng)開發(fā)出了減少它產(chǎn)生的不必要的DNA變化的方法，并縮小了其成分的大小，以便它們可以更容易地進入細胞。堿基編輯療法已經(jīng)用于早期臨床試驗，包括治療高膽固醇和一種白血病。但是這項技術(shù)的非凡精確性是以缺乏靈活性為代價的:它只能用于改變某些DNA序列，不能將DNA塊插入基因組。
先導(dǎo)編輯
2019年，一種名為“先導(dǎo)編輯（Prime editing）”的新型CRISPR系統(tǒng)有望解決這些限制。先導(dǎo)編輯可以改變單個DNA堿基，但也可以在目標位點插入或刪除一小段DNA。它比堿基編輯更靈活，因為它可以瞄準和糾正基因組中的幾乎任何位置。
但它也更加復(fù)雜。Carlon說:“有很多多功能性，但這使得它的工作有點挑戰(zhàn)。”
自2019年以來，研究人員通過設(shè)計更好的酶，提高了初始編輯的效率，其他增強功能可以防止細胞的自然DNA修復(fù)機制干預(yù)和引入錯誤。
明年，Prime Medicine計劃尋求美國食品和藥物管理局(FDA)的許可，啟動一項針對慢性肉芽腫病(一種遺傳免疫疾病)的基因編輯療法的臨床試驗。
與此同時，研究人員正在推動這項技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計出將越來越大的DNA片段插入基因組中目標位點的方法。劍橋麻省理工學(xué)院的生物工程師Omar Abudayyeh說，這為替換整個基因打開了大門，從而使開發(fā)一種治療遺傳疾病的療法變得更容易，比如囊性纖維化，這種疾病可能是由某個基因內(nèi)的許多不同突變引起的。與其設(shè)計治療方法來糾正每個突變，也許有一天可以用一個新的基因來替換有缺陷的基因拷貝。
他說:“這樣一來，你就有了一種適用于這種疾病的每一位患者的藥物。每個人都在用不同的方式來做這件事。”
表觀基因組編輯
除了改變基因本身的序列外，CRISPR系統(tǒng)還可以通過改變“表觀基因組”來改變基因的表達方式，包括對DNA的一系列化學(xué)修飾，這些修飾可以影響基因的活性。
針對表觀基因組的技術(shù)沒有堿基編輯技術(shù)發(fā)展得那么快。北卡羅來納州達勒姆Tune Therapeutics公司的首席科學(xué)官Derek Jantz說，這在一定程度上是因為科學(xué)家們認為表觀基因組編輯會在細胞分裂過程中被抹去。“這是一種常見的誤解，”他說。“但表觀遺傳學(xué)是非常持久的。”
今年5月，Tune的科學(xué)家提交的數(shù)據(jù)顯示，他們可以在不改變DNA本身堿基的情況下，關(guān)閉非人類靈長類動物中一種名為PCSK9的基因，該基因負責(zé)調(diào)節(jié)膽固醇。相反，他們使用了一種方法，在DNA上添加一種叫做甲基的化學(xué)標簽，這種標簽可以調(diào)節(jié)基因的活性。Jantz說，這種影響至少持續(xù)了11個月。
與一些基于RNA的藥物相比，表觀基因組編輯的長期效果可能具有優(yōu)勢，這些藥物必須每隔幾周或幾個月重新服用一次。Jantz說，這種治療不涉及改變DNA的事實減輕了監(jiān)管機構(gòu)對CRISPR-Cas9治療的安全擔(dān)憂。
加州斯坦福大學(xué)(Stanford University)的合成生物學(xué)家Lei Stanley Qi說，這一發(fā)現(xiàn)也是一個例子，說明對表觀基因組的進一步了解可以推動這些治療向前發(fā)展，并解決其他形式的CRISPR編輯無法解決的疾病。例如，Tune希望使用表觀基因組編輯來治療乙型肝炎病毒感染，方法是沉默潛伏在細胞中的病毒DNA，即使在抗病毒治療之后。
盡管這些應(yīng)用與第一種被批準的CRISPR藥物中使用的CRISPR-Cas9編輯相差很遠，但監(jiān)管機構(gòu)的批準有助于將基于CRISPR的編輯作為一種治療疾病的可行方法，Qi說。反過來，這可能會增強人們對表觀基因組編輯的興趣。他表示:“獲得批準是件大事。在那之后，我想我們將進入快車道。”
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2023-12） | 
