上海生科院Cell子刊CRISPR突破性成果

　　

生物通报道  科学家们首次将基因组编辑技术CRISPR运用于人类细胞，离现在还不到1年的时间。很快地这一技术便已星火燎原。现在来自中科院上海生命科学研究院和荷兰Hubrecht研究所的两个独立研究小组证实，可以利用CRISPR在小鼠和人类干细胞中改写遗传缺陷，有效地治疗疾病。两篇研究论文发表在12月5日的《细胞干细胞》（Cell Stem Cell）杂志上。

杜克大学基因组学研究人员Charles Gersbach（未参与两项研究）说：“这两项研究的重要意义在于：将CRISPR带到了它的下一个应用阶段，在这两个研究中它纠正了致病突变。”

CRISPR代表的意思是成簇的规律间隔短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）。这些RNA序列是古细菌和细菌在长期演化过程中形成的抵御病毒等外来DNA的一种获得性免疫防御机制，然而在过去1年的时间里，科学家们利用了它们来重写基因。这一RNA序列可充当引导将一段DNA序列靶向插入到受精卵或干细胞中。这一引导序列将Cas9酶引导到目的DNA处。Cas9可以切割双链，使其断裂，或甚至关闭基因表达。在Cas9损伤DNA后，修复系统会修复序列，新序列就可以插入其中。

在第一篇研究论文中，来自上海生命科学院的李劲松（Jinsong Li）研究员领导研究小组，利用CRISPR/Cas9取代了引起小鼠白内障的一个单碱基对突变。研究人员设计了一种引导RNA将Cas9引导到突变等位基因处，诱导了DNA切割。随后他们利用其它野生型等位基因或寡核苷酸向受精卵提供修复机制，纠正了破坏的等位基因序列。

李劲松说，33%的注入CRISPR/Cas9的突变体受精卵长成了无白内障小鼠。但他认为这一技术的效率还是很低，用于临床这一效率应该达到100%。

加州大学伯克利分校的CRISPR技术领导者Jennifer Doudna说：“这是第一次在完整动物中利用CRISPR来治疗疾病，这一突破是鼓舞人心的。两项研究都证实了利用这一技术来纠正致病突变的潜力，令人极其兴奋之处正在于此。”

在另一项研究中，来自荷兰Hubrecht研究所的干细胞研究人员Hans Clevers领导研究组，利用CRISPR/Cas9在人类干细胞中纠正了与囊性纤维化有关的缺陷。该研究小组的目标是编码CFTR（囊性纤维化跨膜转导受体）的基因。CFTR缺失可导致囊性纤维化患者的蛋白质错误折叠。

利用来自两名囊性纤维化患儿细胞样品的培育肠干细胞，Clevers研究小组通过CRISPR以及一个包含插入修补序列的供体质粒，纠正了这一缺陷。随后研究人员将这些细胞培育成了微型肠证实其功能正常。Clevers说，在这种情况下大约一半的克隆类器官获得了适当的遗传纠正。

在两项研究中，研究人员均没有对现有CRISPR实验方案进行重大的修改。Clevers说，相比于其他基因标记技术，CRISPR是直接性的。“我们尝试了TALENs和锌指（Zinc finger）方法，CRISPR极其快速和简单。”李劲松同意这一说法，他说：“我认为相比于其他可用的基因编辑技术，CRISPR/Cas9有可能是最简单的遗传病治疗策略。”

CRISPR的一个局限是，这种方法可以导致脱靶效应，改变靶DNA之外其他的位点。Gersbach说：“在两项研究中脱靶效应相对少见。尽管降低脱靶效应是当务之急，但认为你能够摆脱所有的脱靶效应是不现实的。”

尽管这一方法还远未准备就绪，两项研究的结果均显示出了未来临床应用的潜力。“我认为每次获得一点像这样的进展，人们就能够更加确信这一技术有可能用于治疗人类，”Doudna说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Y. Wu, “Correction of a genetic disease in mouse via use of CRISPR-Cas9,” Cell Stem Cell, 13:659–62, 2013.

G. Schwank, “Functional repair of CFTR by CRISPR/Cas9 in intestinal stem cell organoids of cystic fibrosis patients,” Cell Stem Cell, 13:653–58, 2013.

作者简介：

李劲松

研究员，课题组长，博士生导师

1993年7月毕业于江西农业大学畜牧兽医系，获理学学士学位；1996年7月毕业于扬州大学畜牧兽医学院，获理学硕士学位；2002年7月毕业于中国科学院动物研究所，获理学博士学位；2002年8月至2007年7月在美国洛克菲勒大学从事博士后研究；2007年8月起任中科院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所研究员，研究组长。2008年获“****”项目支持，2012年获“杰出青年基金”支持。

研究方向：体细胞重编程与诱导多能干细胞

研究工作：      
(1)完善核移植及iPSC技术诱导体细胞重编程的方法，提高体细胞重编程的效率；
(2)探讨核移植与iPSC技术诱导体细胞重编程的机制；
(3)建立新的诱导体细胞重编程的方法；
(4)开展体细胞重编程的应用研究。