中科院利用CRISPR/Cas9治疗人类疾病

4月9日，来自云南中科灵长类生物医学重点实验室、中科院遗传与发育生物学研究所、昆明理工大学和埃默里大学医学院等处的研究人员，在国际杂志《Human Molecular Genettics》发表一项最新研究。这项研究利用CRISPR/Cas9系统，功能性地破坏猕猴中的肌营养不良蛋白基因。

　　

生物通报道：近年来，基因组编辑工具应用广泛，而成簇的规律间隔的短回文重复序列（CRISPR）技术更是掀起了基因组编辑的热潮。CRISPR是自然存在于细菌DNA中的序列，与CRISPR相关（Cas）核酸酶共同起作用，指导RNAs保护细菌基因组免受侵入性噬菌体中检测到的靶向特异性序列的攻击。

最近已经出现原理论证研究，利用该系统的高序列特异性，来治疗动物模型中的遗传性疾病，以及制备来源于受影响患者的无病干细胞。CRISPR还可让我们制备具有特异基因突变的小鼠模型，能比现有方法在更短的时间段内达到研究目的。据报道，在2014年早些时候， CRISPR-Cas系统已经成功作为一种工具，在人类细胞中执行高效、高特异性的全基因组筛选，2014年在增强靶标特异性方面已经取得了巨大的进步，从而为寻找人类健康和疾病相关的基因功能，开辟了无限的可能性。

例如，2月5日，来自军事医学科学院放射与辐射医学院研究所等处的研究人员，在Nature旗下子刊《Gene Therapy》发表一项最新研究，探讨了靶定HBV抗原（HBsAg）编码区的CRISPR/CRISPR相关Cas9系统，在细胞培养系统和活体动物体内的效果。结果表明，CRISPR/Cas9可在体内和体外抑制HBV复制和表达，可能是HBV感染一种新的治疗策略。3月12日，美国索尔克生物研究所的研究人员找到了一种方法，首次将来自X-连锁SCID患者的细胞转化为干细胞样状态，修复基因突变，并在实验室中促使修复的细胞成功产生NK细胞，从而为这种罕见病的治疗带来了希望。延伸阅读：Nature子刊：我科学家利用CRISPR破坏乙肝病毒；基因组编辑为罕见病带来希望。

4月9日，来自云南中科灵长类生物医学重点实验室、中科院遗传与发育生物学研究所、昆明理工大学和埃默里大学医学院等处的研究人员，在国际杂志《Human Molecular Genettics》发表题为“Functional disruption of the dystrophin gene in Rhesus Monkey Using CRISPR/Cas9”的研究论文。这项研究利用CRISPR/Cas9系统，功能性地破坏猕猴中的肌营养不良蛋白基因。

这篇论文的通讯作者分别为云南中科灵长类生物医学重点实验室理事长季维智、中科院遗传与发育生物学研究所研究员李晓江博士。季维智博士历任中国科学院昆明研究室副主任、主任、副所长；担任中国科学院昆明研究所第四任所长、所党委委员、研究员；云南省动物生殖生物学重点实验室主任，从事灵长类生物学/生殖发育生物学研究。其带领的云南中科灵长类生物医学重点实验室，在2013年利用目前世界最新的基因组编辑技术CRISPR/Cas9和TALENs，实现猕猴和食蟹猴两个物种的靶向基因修饰，同年10月和11月分别获得世界首例经过CRISPR/Cas9基因靶向修饰及TALENs基因靶向修饰的两只小猴，研究成果相继发表在Cell、Cell Stem Cell杂志，引发全球科学界和媒体的高度关注。

李晓江博士1991年在美国Oregon Health Science University 获博士学位，美国约翰霍普金斯大学博士后，2010年入选中组部****，从事遗传性神经退行性疾病的病理机制研究、细胞内转运与早期神经系统的发育研究，研究成果多次发表在PNAS、Cell Res、Hum Mol Genet、Neuron、JCB、Brain、JBC等国际知名期刊。

CRISPR/Cas9已被用于不同物种的基因组遗传修饰，包括灵长类动物。不幸的是，这种新技术确实会产生嵌合突变（mosaic mutations），而且我们还不知道这种突变是否可以功能性地破坏靶基因，或引起人类疾病中所看到的病理学迹象。如果我们要使用CRISPR/Cas9制备大的人类疾病动物模型，就必需解决这些问题。

在这项研究中，研究人员使用CRISPR/Cas9靶定猕猴的肌营养不良蛋白（dystrophin）基因，以产生可导致Duchenne型肌营养不良症（DMD，肌营养不良的X连锁隐性形式）的突变。检测相对靶向率表明，CRISPR/Cas9靶定可能会导致猕猴肌肉中高达87%的肌营养不良蛋白基因发生嵌合突变。

此外，CRISPR/Cas9可在雄性和雌性猕猴中诱发突变，具有早期DMD中所看到的显著耗尽的肌萎缩蛋白和肌肉变性。这些研究结果表明，无论遗传模式如何，CRISPR/Cas9可以有效地制备人类疾病的猴模型。新生Cas9靶向猕猴中存在变性的肌细胞，表明在疾病早期进行干预治疗，可有效缓解肌病变。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Functional disruption of the dystrophin gene in Rhesus Monkey Using CRISPR/Cas9
Abstract: CRISPR/Cas9 has been used to genetically modify genomes in a variety of species, including non-human primates. Unfortunately, this new technology does cause mosaic mutations, and we do not yet know whether such mutations can functionally disrupt the targeted gene, or cause the pathology seen in human disease. Addressing these issues is necessary if we are to generate large animal models of human diseases using CRISPR/Cas9. Here we used CRISPR/Cas9 to target the monkey dystrophin gene to create mutations that lead to Duchenne muscular dystrophy (DMD), a recessive X-linked form of muscular dystrophy. Examination of the relative targeting rate revealed that Crispr/Cas9 targeting could lead to mosaic mutations in up to 87% of the dystrophin alleles in monkey muscle. Moreover, CRISPR/Cas9 induced mutations in both male and female monkeys, with the markedly depleted dystrophin and muscle degeneration seen in early DMD. Our findings indicate that CRISPR/Cas9 can efficiently generate monkey models of human diseases, regardless of inheritance patterns. The presence of degenerated muscle cells in newborn Cas9-targeted monkeys suggests that therapeutic interventions at the early disease stage may be effective at alleviating the myopathy.