"基因魔剪"安全性再遇挫折:编辑成功或增加患癌风险

"基因魔剪"安全性再遇挫折:编辑成功或增加患癌风险
2018年06月14日 07:43 澎湃新闻

  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和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。

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