CRISPR 安全性再遇挫折:编辑成功或增加患癌风险

2018-06-14 序说
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6 月 11 日,顶级学术期刊《自然》(Nature)子刊《自然 - 医学》(Nature Medicine) 同时发表了两篇新成果,给持续受到追捧的“基因魔剪” CRISPR 技术泼了冷水。来自 瑞典卡洛林斯卡研究所 剑桥诺华生物医学研究院 的两个研究团队分别将关注点投到了一处:CRISPR 编辑成功或增加患癌风险。

两个团队认为,CRISPR/Cas9 基因编辑过程中造成的 DNA 双链断裂,会激活 p53 蛋白通路,引起人多能干细胞的凋亡。反过来也就是说,经基因编辑后还能存活下来的细胞,通常存在 p53 功能缺陷。

p53 缺陷是至今已知的与癌症相关的最普遍的基因突变。p53 基因被称为“抑癌基因”,其编码的 p53 蛋白的重要作用之一是调控细胞分裂和增殖。正常情况下,一旦该基因察觉有严重 DNA 损伤或染色体结构变异的“坏”细胞,p53 基因会抑制细胞的分裂,并引导细胞自杀,因此也被冠以“基因警察”称号。

CRISPR 技术的安全性再次受到质疑后,首当其冲的是几家基因编辑领域内的公司。Editas Medicine、Intellia Therapeutics、CRISPR Therapeutics 这三家在纽约纳斯达克上市的公司, 6 月 11 日当天股票均大幅下挫,跌幅分别为 7.8%、9.81% 和 12.59%。截至 6 月 12 日,仅 Intellia Therapeutics 一家收住跌势翻红,上涨 1.55%。

增加患癌风险

此前的研究发现,CRISPR/Cas9 技术运用到人多能干细胞(hPSC)时,效率通常低下,仅为其他细胞类型的 1 / 5 或 1 /10。然而,多能干细胞因其具有分化成多种成体细胞的潜能,在疾病治疗时被寄予厚望。

剑桥诺华生物医学研究院致力于解释 hPSC 顽固对抗基因编辑的原因。

该团队开发出一种干细胞系,细胞在特定条件下能表达 Cas9 蛋白,因而提高编辑效率,为超过 80% 的细胞转入了目标序列。然而后续情况却不乐观,大部分细胞最终死亡,仅极少数 hPSC 存活下来。研究团队还发现,仅单个位点的 DNA 双链断裂,就会将 hPSC 大概率“毒死”。

而 CRISPR/Cas9 系统工作过程中必不可少的一环是 DNA 双链的打开。

研究人员在进行基因筛选后最终发现了 p53 的身影。随后在细胞系中敲除 p53 基因,不出意外,p53 的 hPSC 在基因编辑后生存率大大增加。在两个不同的干细胞系中敲除 p53 后,基因编辑的效率分别增加了 16 倍、19 倍。

类似的,卡洛林斯卡研究所的研究团队在视网膜色素上皮(RPE)细胞中进行了相关研究。他们同样发现,CRISPR/Cas9 基因编辑导致的 DNA 双链断裂会激活 p53-p21 通路,诱导细胞自杀。研究人员还发现, “剪刀”Cas9 蛋白在切断 DNA 双链后会在切断位点“滞留”长达 6 个小时。这很可能意味着,正常的 DNA 损伤修复迟迟不能进行,从而加剧 DNA 双链断裂后的危险。

研究团队认为,在基因编辑前后,确保 p53 功能正常至关重要。毕竟,如果编辑成功的前提是 p53 缺陷,运用到临床治疗的后果是增加患者的患癌几率。

值得一提的是,剑桥诺华生物医学研究院和卡洛林斯卡研究所的团队早在 2017 年,已先后将论文发表在预印本杂志 bioRxiv 上,当时却并没有引发广泛关注。

长期笼罩的安全性阴影

当然,CRISPR 技术甚至基因编辑技术,在面对质疑方面实际上已有丰富经验。

1990 年,美国正式批准开展基因治疗的人体试验,美国国家卫生院的医生对一名 4 岁的重症联合免疫缺陷病女童进行了基因治疗,随后基因治疗“火”了近 10 年。

直至 1999 年,患有鸟胺酸氨甲酰基转移酶缺乏症的美国亚利桑那州 18 岁男孩杰西•基辛格(Jesse Gelsinger)“运气”不够好,他在美国宾夕法尼亚大学参加一项基因治疗临床试验时不幸去世。这是基因治疗“开端”之后的第一例死亡案例,致死原因是基因治疗过程中用到的“搬运工”病毒引发了强烈的免疫反应。

基辛格带来的阴霾尚未褪去,2002 年秋天,一项始于 1997 年的临床试验也开始传出不好的消息。曾接受过基因治疗的儿童患上了白血病,人数在不断增加。

基因编辑技术发展步伐不曾停滞,但安全性阴影始终无法忽视。

而作为新一代门槛低、效率高的基因编辑技术 CRISPR/Cas9,自 2012 年问世以来,也已接受过轮番质疑。

2017 年 5 月 30 日,《自然》另一子刊《自然 - 方法》在线发表论文表明,CRISPR 技术面临的脱靶效应可能远超人们此前的估计。哥伦比亚大学医学中心的研究团队通过全基因组测序发现,CRISPR 技术能引起基因组内大量非靶标区的基因突变,包括 1500 多种单核苷酸突变和 100 多种大片段序列的敲入和敲除。

不过上述论断被生物界广泛批评,认为该发表论文存在实验设计不科学、数据不充分等问题。2017 年 7 月 25 日,《自然 - 方法》就该篇论文发表编辑部关注,“以提醒读者关于其数据解读的担忧”。 今年 4 月 27 日,上述论文最终被撤稿。

上述质疑曾被认为是 CRISPR 迄今遭遇的最大安全质疑。而在 1 月 5 日,预印本杂志 bioRxiv 还发表斯坦福大学研究人员的一篇文章,提到人体会对最常用的两种 Cas9 蛋白(主要来源于金黄色葡萄球菌和化脓链球菌)有免疫反应。这也被认为给 CRISPR-Cas9 技术进入临床试验增加了一道障碍。

另外,就在不久之前的 5 月 30 日,前述提到的基因编辑领域第一梯队上市公司 CRISPR Therapeutics 也遭遇了美国 FDA“泼冷水”。 CRISPR Therapeutics 曾于今年 4 月向 FDA 申请一项 CRISPR 疗法研究,现被 FDA 暂停,需获取足够的公司信息。

CRISPR Therapeutics 首席执行官 Sam Kulkarni 此番也表示,该研究结果看起来是有道理的。并表示,这是我们该重视的地方,尤其是目前 CRISPR 疗法被应用于越来越多的疾病中。我们要确保这些编辑过的细胞不会在回输体内后成为癌细胞。

期刊参考

# 论文信息 引用次数 全文下载
1 CRISPR–Cas9 genome editing induces a p53-mediated DNA damage response 暂无下载
2 p53 inhibits CRISPR–Cas9 engineering in human pluripotent stem cells 暂无下载

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  • CRISPR

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    原本不起眼的 CRISPR/Cas9 的细菌免疫系统被科学家改造成为一套简单廉价的基因改造工具。

  • CRISPR/Cas9

    CRISPR/Cas9

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  • p53 基因

    p53 基因

    p53 为肿瘤抑制蛋白(也称为 p53 蛋白或 p53 肿瘤蛋白),属于最早发现的肿瘤抑制基因(或抑癌基因)之一。 p53 蛋白能调节细胞周期和避免细胞癌变发生。 因此,p53 蛋白被称为基因组守护者。 总而言之,其角色为保持基因组的稳定性,避免突变发生。 p53 蛋白的分子量于 SDS 凝胶电泳中测得约为 53kDa,但依据氨基酸残基计算,p53 蛋白的分子量应为四万三千七百道尔顿,两者所测得之分子量差别导因于蛋白质中大量的脯胺酸残基,减缓其在 SDS 胶电泳中的迁移速度。而此迁移速度减缓的效应在跨物种的 p53 蛋白皆已被观察,如人类,啮齿动物,青蛙和鱼类。

  • Editas Medicine

    Editas Medicine

    Editas Medicine 是一家生物医药公司,利用 CRISPR 基因编辑技术借助细菌剪掉有害的突变,同时添上健康的 DNA 以治疗疾病,让 DNA“私人订制”成为可能。

  • CRISPR Therapeutics

    CRISPR Therapeutics

    一家领先的基因编辑公司,专注于开发基于 CRISPR/Cas9 的治疗药物。

  • Intellia Therapeutics

    Intellia Therapeutics

    Intellia Therapeutics 是 2014 年成立的生物技术公司,主要致力于 CRISPR/Cas9 技术在治疗领域的发展,例如白血病、癌症等。

  • Nature Medicine

    Nature Medicine

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