治愈癌癥、幫助器官移植
基因剪刀真能做到嗎
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日前，美國《科學(xué)》雜志刊文展望了2020年可能成為頭條的十大科學(xué)新聞，其中一項(xiàng)吸引了很多人的眼球。文中認(rèn)為，CRISPR基因剪刀治療癌癥等疾病的臨床試驗(yàn)將可能獲得突破，同時(shí)，運(yùn)用CRISPR技術(shù)進(jìn)行異種器官移植的人體臨床試驗(yàn)有望在2020年啟動，解決如肝臟、心臟、角膜等器官的短缺問題。這對人類健康無疑是巨大的福音。那么，這樣的研究目前進(jìn)展到了什么程度？前景到底怎樣？
什么是CRISPR基因剪刀
所謂CRISPR基因剪刀，簡單地說，就是用基因工程的手段，刪除、添加、激活或抑制人和其他動植物細(xì)胞中的目標(biāo)基因。對于治療疾病而言，CRISPR基因剪刀通過修飾人類基因組中30億個(gè)字母序列中的錯(cuò)別字，即致病基因，來治療多種疾病，尤其是遺傳疾病。
鐮狀細(xì)胞病、杜興氏肌營養(yǎng)不良癥、地中海貧血等都可以采用基因剪刀來治療。以鐮狀細(xì)胞病為例，研究發(fā)現(xiàn)，HBB和BCL11A基因位點(diǎn)都與鐮狀細(xì)胞病有關(guān)，并且已被確定為目標(biāo)基因，如果用基因剪刀切除它們，或者關(guān)閉它們，就可以治療鐮狀細(xì)胞病。
美國《科學(xué)》雜志之所以預(yù)測2020年CRISPR基因剪刀可以在治療癌癥和器官移植中發(fā)揮巨大作用，是因?yàn)?019年的一些研究已經(jīng)顯示了它的潛在效果。
美國研究用基因剪刀治療骨髓瘤和肉瘤
2019年11月，美國賓夕法尼亞大學(xué)腫瘤學(xué)教授愛德華·A·斯塔德莫爾博士帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)公布了其用CRISPR基因剪刀治療3名癌癥病人的結(jié)果。
這3名病人都已60多歲，其中2名病人是多發(fā)性骨髓瘤，另一名病人患的是肉瘤。他們都接受了傳統(tǒng)的手術(shù)、放化療，但不幸的是癌癥依然擴(kuò)散了。于是，斯塔德莫爾團(tuán)隊(duì)嘗試采用基因剪刀來編輯患者的T細(xì)胞，以治療他們的疾病。
多發(fā)性骨髓瘤是一種惡性漿細(xì)胞病，腫瘤細(xì)胞起源于骨髓中的漿細(xì)胞，漿細(xì)胞是B淋巴細(xì)胞發(fā)育到最終功能階段的細(xì)胞。肉瘤則是來源于間葉組織（包括結(jié)締組織和肌肉）的惡性腫瘤，多發(fā)生于皮膚、皮下、骨膜及長骨兩端。對于這兩種癌癥，都可以采用增加病人體內(nèi)T細(xì)胞的方式來讓T細(xì)胞直接殺滅腫瘤細(xì)胞。
斯塔德莫爾先從患者血液中提取出T細(xì)胞，然后使用基因剪刀來移除三個(gè)可能干擾T細(xì)胞攻擊癌癥或引起副作用的基因。研究人員先是移除T細(xì)胞的天然受體，以確保T細(xì)胞與癌細(xì)胞在正確部位結(jié)合，然后再編輯刪除稱為自然檢查點(diǎn)的PD-1基因，因?yàn)樗袝r(shí)會阻止T細(xì)胞攻擊癌細(xì)胞。至此，病人的T細(xì)胞被基因剪刀編輯完成。
在向患者體內(nèi)回輸他們經(jīng)過基因剪刀編輯的T細(xì)胞后，其體內(nèi)的T細(xì)胞會迅速倍增，從1萬倍增加到10萬倍。血液檢測發(fā)現(xiàn)，3名患者體內(nèi)經(jīng)基因剪刀編輯過的T細(xì)胞都有了較大擴(kuò)增并存活了下來。
遺憾的是，這3名病人都沒有顯示出療效，但是也沒有出現(xiàn)與治療相關(guān)的嚴(yán)重不良事件。斯塔德莫爾認(rèn)為，他們用CRISPR基因剪刀的重點(diǎn)是首先確保該療法安全可行，之后才是追求療效。后續(xù)如果獲得美國食品與藥物管理局的批準(zhǔn)，就要采用基因剪刀來直接剪除不同的癌癥基因，有效地治療癌癥。此后，研究人員還計(jì)劃再治療15名患者，并評估基因剪刀的安全性和效果。
中國研究用基因剪刀治療肺癌和食道癌
早在2017年3月至2018年1月，杭州市腫瘤醫(yī)院院長吳式琇團(tuán)隊(duì)就進(jìn)行了用CRISPR基因剪刀治療食管癌患者的臨床試驗(yàn)。也是將患者血液中T細(xì)胞提取出來，再用基因剪刀敲除細(xì)胞中抑制免疫功能的PD-1基因，再回輸患者體內(nèi)增殖，希望大量增殖的T細(xì)胞殺滅癌細(xì)胞。
吳式琇團(tuán)隊(duì)招募了21名晚期食管鱗狀細(xì)胞癌患者進(jìn)行臨床試驗(yàn)治療，迄今已經(jīng)有20人死亡（均死于癌癥），其中有13例食道癌病人是在經(jīng)過手術(shù)、放療、化療等手段后，沒有任何其他治療選擇的情況下，自愿同意接受臨床試驗(yàn)。如果不參與試驗(yàn)，這些患者的生存期在3-6個(gè)月之間。
團(tuán)隊(duì)收集患者外周血中的T細(xì)胞，并通過CRISPR基因編輯技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中敲除患者T細(xì)胞上抑制免疫功能的PD-1基因后，在體外進(jìn)行細(xì)胞擴(kuò)增。細(xì)胞達(dá)到一定量后，再將其輸回患者體內(nèi)，希望它們大量增殖后能對腫瘤進(jìn)行殺傷。每次輸注后4周評估反應(yīng)。
結(jié)果顯示，這13位接受試驗(yàn)的患者中，治療有效率達(dá)到40%，比同種適應(yīng)癥下用PD-1藥物治療的效果高出一倍，病人只出現(xiàn)了輕微發(fā)燒和皮疹，沒有危及人體的重大副作用。但是，該試驗(yàn)療法沒有對照組，并不能完全說明CRISPR基因剪刀治療食道癌的效果。
更早的2016年8月，四川大學(xué)華西醫(yī)院腫瘤學(xué)家盧鈾教授團(tuán)隊(duì)也開啟了用CRISPR基因剪刀編輯T細(xì)胞，用以治療化療、放療以及其他療法無效的轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌患者（9人）的臨床試驗(yàn)，但后來的效果沒有披露。看得出，美國斯塔德莫爾團(tuán)隊(duì)與吳式琇團(tuán)隊(duì)和盧鈾團(tuán)隊(duì)采用的CRISPR基因剪刀療法都相似。
研究通過基因編輯獲取可供人移植的器官
器官移植是挽救人生命的一種重要技術(shù)，但是，限于供體器官的數(shù)量，很多病人在排隊(duì)等待器官之時(shí)去世。于是，人們把目光轉(zhuǎn)向了用動物器官來替代的方法，其中極為適合人的動物就是豬。雖然在分類上，豬是偶蹄目，人是靈長目，相差挺遠(yuǎn)，但從體型、食性、代謝水平來看，豬和人比較接近。從“性能參數(shù)”上看，豬的一些器官與人類基本處于同一檔次。豬的心臟與人的心臟大小差不多，其管道分布和動力輸出也相似；人和豬的體溫同為36-37℃；人的心率為60-100次/分鐘，豬為55-60次/分鐘。
從這些因素看，豬是人體器官較為適合的替代品。但是，豬身上有許多病毒和抗原，可能引起移植免疫排異反應(yīng)，并且可能導(dǎo)致人產(chǎn)生多種疾病。為此，需要用CRISPR基因剪刀來剪除或敲掉豬身上的病毒和抗原的基因，讓它們失去活性，就難以造成人的排異反應(yīng)并且不會感染人。
過去發(fā)現(xiàn)，豬身上的豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒有60多個(gè)。美國哈佛大學(xué)教授喬治·丘奇團(tuán)隊(duì)在2016年就通過CRISPR基因剪刀讓60多個(gè)逆轉(zhuǎn)錄病毒基因拷貝失活（敲除），既降低了未來人的受者可能感染這些逆轉(zhuǎn)錄病毒的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)又降低了這些病毒作為異種抗原觸發(fā)受者免疫系統(tǒng)對異體器官發(fā)起大規(guī)模免疫攻擊的概率。體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證逆轉(zhuǎn)錄病毒的感染率只為原來的千分之一，基本解決了豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒感染風(fēng)險(xiǎn)。
不過，僅僅解決逆轉(zhuǎn)錄病毒的抗原性和感染性還不夠，豬身上還有其他人所沒有的物質(zhì)，可以引發(fā)強(qiáng)烈的免疫排異反應(yīng)，如α-GAL糖分子。當(dāng)帶有這種分子的豬器官植入人體后，人體的免疫系統(tǒng)會對其發(fā)起猛攻，幾分鐘內(nèi)即可將移植器官摧毀，并致人死亡。因此，需要用CRISPR基因剪刀來敲除α-GAL基因，以消除隱患。
對此，各個(gè)國家的研究人員都在進(jìn)行研究。2018年底德國研究人員報(bào)告說，他們把經(jīng)過CRISPR基因剪刀編輯的豬心臟移植到狒狒體內(nèi)，移植后狒狒最長存活時(shí)間達(dá)6個(gè)半月。2019年2月，巴西圣保羅大學(xué)生物科學(xué)研究所的研究人員也表示，他們確認(rèn)了豬體內(nèi)3個(gè)能引起人體排異反應(yīng)的基因，并用CRISPR基因剪刀關(guān)閉了這些基因，有可能消除人體免疫系統(tǒng)對豬器官的排異。
延伸閱讀
基因剪刀治病還要克服許多困難
無論用CRISPR基因剪刀治療癌癥或其他疾病，還是培養(yǎng)器官供人移植，首先是要符合倫理。其次，要解決CRISPR基因剪刀的脫靶效應(yīng)，因?yàn)橐灿邢喈?dāng)多的研究表明，基因剪刀可能脫靶，把不該編輯的基因當(dāng)作靶基因敲除，如此，就會事與愿違。
當(dāng)然，在研究方向上，還需要進(jìn)一步過渡到直接作用而非間接作用。例如，無論是中國還是美國研究人員，采用CRISPR基因剪刀只是針對人體內(nèi)的T細(xì)胞，以敲除它們阻礙識別和攻擊癌細(xì)胞的分子，從而增強(qiáng)T細(xì)胞攻擊癌細(xì)胞的能力。但是，如果能采用CRISPR基因剪刀直接敲除癌細(xì)胞的基因，使其滅活，就能達(dá)到直接抗癌的作用。
利用基因剪刀治療重大疾病，對人類健康是巨大的福音，所有人都期待這一手段會在不久的將來獲得重大突破。
