中南大学等：用CRISPR构建脑瘤模型的前景

　　

生物通报道：在过去的十年中，我们对于脑瘤已经有了很多了解，例如：科学家发现脑瘤难题的重要部分；Nature子刊：脑瘤耐药性的关键因素。但是，仍然有许多亟待解决的问题。脑瘤的病因学尚不清楚，治疗效果仍然较差。因此迫切需要开发一种合适的脑瘤模型，忠实地反映人类脑瘤的病因，并随后为这些疾病获得更有效的治疗方法。

3月14日，国际学术期刊《Oncotarget》在线发表了来自中南大学、美国Fred Hutchinson癌症研究中心和上海同济大学的一篇综述文章，题为“Brain tumor modeling using the CRISPR/Cas9 system: state of the art and view to the future”。中南大学湘雅医院刘昭前教授、Xiao-Yuan Mao和同济大学金卫林博士是本文共同通讯作者。

传统的脑瘤动物模型具有各种各样的缺陷。例如，移植到CDX模型的细胞主要是高等级来源，并且这种模型不能全面地模拟脑瘤的不同等级。GEMM模型，其生成是一个低效和耗时的过程。CRISPR/Cas9系统作为一种新的工具，可以克服现有方法的不足。它能够准确有效地在一个选择的DNA位点获得靶基因组的遗传突变。在中枢神经系统中，以往的研究已经成功地利用CRISPR KO，构建了髓母细胞瘤和胶质母细胞瘤的动物模型。也确定了与脑瘤病因密切相关的几个调节因子。研究发现，多个TSGs（包括p53、Nf1、Pten和Ptch1）的Cas9缺失，可诱导脑瘤的形成。这项研究建议，可以利用CRISPR/Cas9系统，操纵与脑瘤生成相关的其他调节因子。

此外，CRISPR/Cas9技术已被广泛应用于许多干细胞类器官的基因组工程，包括胃、肠和胰腺（基因组编辑工具CRISPR可用于设计干细胞 ）。已有研究利用CRISPR/Cas9基因组编辑系统，通过同源重组，精确地修复了囊胞性纤维症患者来源的肠干细胞中的囊胞性纤维症跨膜cnductor受体的位点。通过这一平台，也在人类肠类器官中成功进行了有效的基因转移。人类多能干细胞（hPSCs），如诱导多能干细胞（iPSCs）和胚胎干细胞（ESCs），被认为是阐明遗传性疾病早期发育调控过程和发病机制的非常有用的工具。因为人类iPSCs保留着个体的遗传信息，将这种细胞与CRISPR-介导的基因编辑相结合，可能是探索出现在细胞分化过程中的这一表型的关键所在。

有研究用传统的基因敲除，去除与hPSCs自我更新或存活相关的基因，从而阻断了细胞的增殖和生存，然而，最近的一项研究，利用CRISPR系统在人类iPSCs和ESCs中成功敲除了多个基因，包括SOX2、PAX6、OTX2和AGO2。

在未来，CRISPR/Cas9系统可能应用于，在脑肿瘤患者来源的人体iPSCs中研究脑肿瘤。从GBM患者测序产生的大基因组变异数据库表明，很多新的基因突变可能会响应神经胶质瘤的形成。利用CRISPR/Cas9工具，我们也可以很容易地基于从这一数据库所了解到的信息，以更有效的方式生成一种新模式。

CRISPR/Cas9基因组编辑技术的发展，在一定程度上提出了一些社会的挑战，并可能带来一系列的不确定性和灾难性滥用担忧，然而它可以永远鼓舞着我们，用这种生物学工具来调查脑肿瘤的确切分子机制。

（生物通：王英）

注：刘昭前，男，1963年7月出生。药理学国家重点学科和湖南省特色重点学科带头人。现任中南大学临床药理研究所副所长、中南大学湘雅医学检验所副所长、遗传药理学湖南省重点实验室主任。1996-1998年在德国慕尼黑大学作高级访问学者，2002-2004年在美国印第安纳大学医学院从事博士后研究。2002年获教育部“高等学校优秀青年教师，2004年获教育部首批“新世纪优秀人才，2006年获湖南省芙蓉学者计划特聘教授，2009年获教育部“****”创新团队，2012年获湖南省自然科学创新研究群体。主要从事糖尿病、癫痫病和恶性肿瘤等重大疾病的遗传药理学和药物基因组学基础与临床应用研究。

金卫林，硕士生导师。1994 年，武汉大学生物化学专业毕业，获学士学位；2004年第四军医大学全军神经科学研究所神经生物学研究生毕业，获博士学位。2005年底转业到上海交通大学，聘为神经科学研究所副研究员。中国神经科学学会会员。实验室的研究兴趣为：中枢神经发育再生分子信号和脑肿瘤的分子干预。近十年来, 一直聚焦研究Nogo和srGAPs的功能和信号机制研究。

生物通推荐原文摘要：
Brain tumor modeling using the CRISPR/Cas9 system: state of the art and view to the future
Abstract: Although brain tumors have been known tremendously over the past decade, there are still many problems to be solved. The etiology of brain tumors is not well understood and the treatment remains modest. There is in great need to develop a suitable brain tumor models that faithfully mirror the etiology of human brain neoplasm and subsequently get more efficient therapeutic approaches for these disorders. In this review, we described the current status of animal models of brain tumors and analyzed their advantages and disadvantages. Additionally, prokaryotic clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 (Cas9), a versatile genome editing technology for investigating the functions of target genes, and its application were also introduced in our present work. We firstly proposed that brain tumor modeling could be well established via CRISPR/Cas9 techniques. And CRISPR/Cas9-mediated brain tumor modeling was likely to be more suitable for figuring out the pathogenesis of brain tumors, as CRISPR/Cas9 platform was a simple and more efficient biological toolbox for implementing mutagenesis of oncogenes or tumor suppressors that were closely linked with brain tumors.