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CRISPR技术进军基因治疗

2017-08-13 23:07:29转化医学网

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来源:科学网孙学军博客

红得发紫得基因编辑技术CRISPR再次取得新进展,科学家使用这种技术成功治疗了小鼠肌营养不良。三个小组今天在《科学》发表了使用CRISPR技术切除杜氏肌肉营养不良症有缺陷得基因,使这种有遗传病的动物制造出必需的肌肉蛋白。这是第一次成功使用CRISPR技术对遗传病动物出生后进行的基因治疗。

杜氏肌营养不良是一种X染色体隐性遗传疾病,主要发生于男孩,这种疾病编码抗肌萎缩蛋白的基因缺陷,抗肌萎缩蛋白是维持肌肉纤维强度的必需分子。缺乏这种蛋白,肌肉和心脏肌肉会发生退化。杜氏肌肉营养不良症患者的典型病例会先失去行走能力,依靠轮椅生活,然后失去呼吸功能,依靠呼吸生存,大约在25岁左右死亡。

科学家一直没有发现有效治疗该疾病的方法,研究发现将肌肉干细胞输送到正确部位缓解该疾病发展是非常困难。传统的基因治疗用携带抗肌萎缩蛋白基因的病毒无法有效输送基因,因为抗肌萎缩蛋白基因非常大。一些给患者输入小分子抗肌萎缩蛋白基因的基因治疗能取得短期效果,缓解病情。也有公司开发绕过缺陷外显子化合物,使抗肌萎缩蛋白基因一个小分子的蛋白产物,这些药物虽然有一定临床治疗作用,但副作用太大,并没有获得监管机构认可。

CRISPR属于2015年年度突破进展,现在这个技术也进入肌肉营养不良症领域。CRISPR重复序列首先是在细菌的基因组中被发现的,基本功能是利用受感染病毒序列产生特异性清除病毒序列的机制,是细菌的一种免疫防御系统。当这些重复序列遇到病毒时,细菌能制造出与病毒序列互补的RNA序列,在这个序列引导下,用Cas核酸酶将病毒序列切除,中断病毒的复制。将引导RNA进行改造,科学家能操作Cas核酸酶定向对基因组的特定DNA序列进行切割。科学家已经使用CRISPR对某些人类和动物遗传病的细胞进行基因纠正,并用于成年小鼠肝病治疗。去年,科学家发现CRISPR能修改小鼠胚胎抗肌萎缩蛋白基因。

但是用CRISPR技术治疗已经出生的肌肉营养不良症患者似乎是不现实的。因为成熟肌肉细胞不能继续分裂,不存在修改基因需要的DNA修复机制。CRISPR能有选择地跳过错误外显子,让细胞表达小分子抗肌萎缩蛋白,实现类似绕过缺陷外显子化合物的治疗目的。

现在三个小组实现了这一目标,德克萨斯大学西南医学中心EricOlson小组研究生Chengzu Long使用腺病毒将携带编码CRISPR引导RNA和Cas9序列导入小鼠肌肉细胞内,这一CRISPR能切除肌肉细胞的错误外显子。治疗时采用直接肌肉注射或静脉注射的方法将携带CRISPR系统的病毒,使肌肉细胞能表达出小分子抗肌萎缩蛋白,治疗后动物肌肉强度明显增强。

杜克大学生物医学工程学者CharlesGersbach和哈佛大学干细胞学家Amy Wagers分别和哈佛和MIT学者CRISPR专家张锋合作完成,并分别报道了他们类似的研究结果。CRISPR的精确性也在研究中进行了评价,所有三组研究都没有发现这种技术因脱靶效应影响到其他基因。

Wagers小组发现,在肌肉干细胞内的抗肌萎缩蛋白缺陷基因也受到修复,这一结果非常重要,说明这种治疗不会随着这些成熟肌肉细胞的退化效果消失,因为这些干细胞能补充和代替这些退化的肌肉细胞。动物接受CRISPR治疗后肌肉强度并没有完全恢复到正常水平,说明这种治疗并不是治愈。不过Gersbach认为这种方法仍然存在改进的空间。Olson提出,大约80%的杜氏肌肉营养不良症患者将可能因为这种技术受益,但是开展临床研究仍需要等待数年。进入临床前需要进行大型动物实验,证明这种技术的安全性。

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