風口浪尖的CRISPR
CRISPR在近幾個月的醫藥新聞中可謂出盡了風頭，證明臨床療效及安全性的裏程碑事件，伴隨著CRISPR不穩定、無法控製的基因突變位點研究，把CRISPR基因編輯療法推上風口浪尖。下麵本文將對CRISPR及近期事件進行梳理，結構如下：
發現
上個世紀八十年代末，日本科學家在幾種細菌的基因組上發現了這麽一長串很有個性的序列，這段序列上多段重複的DNA序列並間隔有多段千變萬化的非重複序列。這一發現可以說埋下了CRISPR發現的種子。
二十世紀初，隨著大規模基因組測序技術的成熟和生物信息學的興起，人們逐漸積累了大量細菌物種完整的DNA序列信息。在對比中研究人員發現，這段類似的奇怪序列出現在了數十種細菌和古細菌的基因組中，且其中的非重複序列與已知噬菌體的基因組序列信息高度一致。
這種大規模的發現證明這段奇怪基因的存在並非是某種巧合，於是生物學家們便開始猜想並試圖解開這段基因存在的意義。2007年，科學家在嗜熱鏈球菌中嚴格證明了CRISPR序列對於細菌免疫係統的功能。利用基因重組技術將一段CRISPR序列人工添加到細菌中，細菌便可以產生與該段CRISPR序列基因相同的病毒的入侵。不僅如此，細菌還可以將這段CRISPR序列整合到自己的基因組中，產生“記憶”，以應對同種病毒的再一起侵襲。
機製
CRISPR序列與CRISPR associated共同組成了CRISPR/Cas係統，這是一種RNA介導的適應性免疫係統，存在於大約48%細菌和95%古細菌中，可提供序列特異性保護以抵抗外來的DNA甚至RNA。
這個防衛包含三個階段：
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（1）適應性階段，直接重複序列（repeat）被易變的DNA序列間隔開組成CRISPR序列，此時的DNA序列稱為spacer。Cas蛋白切割外來DNA片段，外來DNA片段稱為protospacer，然後將其整合到CRISPR序列上，這時外來DNA片段更名為spacer；
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（2）表達階段，CRISPR序列經過轉錄、切割成為成熟的crRNA；
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（3）幹擾階段，crRNA招募Cas效應蛋白複合物特異性切割病毒同源性DNA。
應用
CRISPR可以對基因進行精準的定點編輯，隨著研究的深入，CRISPR/Cas技術已經被廣泛的應用，除了基因敲除，基因替換等基礎編輯方式，它還可以被用於基因激活，疾病模型構建，甚至是基因治療。
CRISPR在臨床上最早被用來治療β-地中海貧血。Β-地中海貧血是由於患者胚胎DNA序列中的單核苷酸錯誤。CRISPR/Cas可以精準地找到DNA序列中錯誤的位點，並進行定點修複，達到治愈患者的目的。
除了在血液方麵的應用，CRISPR在癌症治療當中也蘊含著很大的潛力，CRISPR與CAR-T細胞的強強聯手為攻克癌症帶來了新的希望。2016年7月，Nature報道了中國盧鈾教授的研究，他計劃用CRISPR技術編輯的T細胞治療轉移性非小細胞肺癌患者，此項研究進展到11月時正式將編輯後的T細胞注射到1例肺癌患者體內。在四年後，今年04月份的Nature Medicine上，該團隊發表文章表明研究支持基因編輯的安全性和有效性。最終結果顯示，完成12例三線及以上治療失敗的晚期肺癌患者的基因編輯細胞治療，受試者安全性和耐受性良好，無3級及以上細胞治療相關毒性發生和治療相關性死亡。在有效性的證明上，中位無進展生存時間和中位生存時間的數據分別是7.7周和42.6周。
但與此同時，近期的三項毒理的研究都表明，在人類胚胎進行CRISPR基因編輯會引起大量DNA的缺失和重組。影響基因編輯應用的兩個重大因素為on-target efficiency在靶率和off-target efficiency脫靶率。脫靶率是crRNA不單識別靶DNA，其他個別堿基不同的DNA也可識別並切割，這就產生錯配容忍率，應用在基因組中，本來隻需要切割A基因，結果正常的B基因也被切斷了，會造成生物安全性問題。然而近期的研究表明，CRISPR/Cas9也會在目標位點附近引入不必要的突變，也就意味著on-target在靶率中也有一部分會在基因編輯中產生副作用，而這是更加難以預防和避免的。
守望
麵對意想不到的編輯後果和難以預測的DNA修複，今後的研究需要更清楚的掌握CRISPR的機製並設法尋找控製CRISPR，減少其對基因組帶來的不必要的編輯和突變。hjc黄金城作為新藥研發CRO，也將密切關注基因編輯療法的研究進展，守望基因編輯療法的成熟和穩定運用，助力人類健康的進一步改善！
參考鏈接：
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http://sitn.hms.harvard.edu/flash/2014/crispr-a-game-changing-genetic-engineering-technique/
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https://www.nature.com/articles/s41591-020-0840-5
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https://www.nature.com/articles/d41586-020-01906-4
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