原創 生物世界 Bio生物世界 收錄於話題#CRISPR基因編輯68個
撰文 | 王聰
編輯 | nagashi
排版 | 水成文
如果問近十年，甚至21世紀以來，生命科學領域最重要的突破，相信很多人的第一個想到的是CRISPR基因編輯。
這項2012年才開始獲得突破的科學發現，只用了不到十年時間，就獲得了諾貝爾獎的認可，讓人類能夠以前所未有的方式操控基因，治療遺傳疾病，以及癌症等等。
CRISPR技術誕生的最初幾年，這一突破性技術還僅僅只在少數科學家群體中傳播。
而在2015年11月，王力宏在微博發文，介紹了CRISPR系統發明人張鋒，並稱以後全世界一定會知道CRISPR是什麼，（CRISPR）有太多可能性了。這條微博獲得了數千轉發和評論，堪稱第一個大火的CRISPR科普。
三年後的2018年11月，賀建奎突然宣布通過CRISPR基因編輯技術，創造了一對基因編輯雙胞胎嬰兒，這一石破天驚的新聞瞬間讓CRISPR基因編輯成為全民熱詞。
現在來看，王力宏的這條微博非常有預見性，CRISPR基因治療先天性失明、地中海貧血症、血友病等遺傳疾病的臨床試驗接連取得突破，更是在2020年榮獲諾貝爾化學獎。
現在，全世界確實都知道了CRISPR，而且CRISPR技術還在不斷拓展，在癌症治療，以及包括新冠病毒在內的病原檢測領域也取得了輝煌成績。
很多人可能要問了，作為歌手的王力宏，為何跟麻省理工學院的科學家張鋒產生交集呢？
王力宏的哥哥王力德（Leo Wang），是美國希望之城國家醫療中心的腫瘤科醫生和研究員，主要研究方向是使用前沿質譜技術來識別少量血細胞中的新型激活通路。通過磷酸化蛋白質組學對造血幹細胞和祖細胞、白血病細胞和免疫細胞進行狀態和命運轉換。這些策略與體外和體內模型相結合，能夠更有效地理解和治療小兒血液癌和實體瘤。
希望之城國家醫療中心是美國國立癌症研究院（NCI）指定的40所癌症綜合中心之一，也是美國國立綜合癌症網絡的創立會員和中央數據協調中心。被權威新聞雜誌周刊《美國新聞與世界報導》列為「美國最佳癌症和泌尿科醫院」之一。
除了哥哥之外，王力宏的父親也是一名醫生，而且王力宏在威廉士學院第一年主修生物，之後才改為主修音樂。
如此來看，王力宏能如此有預見性的評價CRISPR基因編輯，也就不足為奇了。
CRISPR基因編輯的發現
2005年，西班牙微生物學家弗朗西斯科·莫伊卡（Francisco Mojica）發表論文，發現了細菌和古菌中存在的免疫系統——規律成簇間隔短回文重複（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats），簡稱CRISPR。
2012年8月，詹妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）和埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶（Emmanulle Charpentier）合作，在 Science 雜誌發表了基因編輯史上的裡程碑論文，成功解析了CRISPR/Cas9基因編輯的工作原理。
2013年2月，張鋒在 Science 雜誌發表了，首次將CRISPR/Cas9基因編輯技術應用於哺乳動物和人類細胞。
自此，近年來生命科學領域最耀眼的技術正式宣告誕生。
此後短短數年間，CRISPR基因編輯領域接連取得重要進展，發表了大量重磅論文，CRISPR基因編輯技術在疾病治療、疾病檢測、遺傳育種等領域取得了許多突破。
CRISPR基因編輯的原理
CRISPR/Cas系統是細菌和古菌特有的用於抵禦病毒入侵的免疫系統，當病毒首次入侵時，細菌和古菌會將外源基因的一段序列整合到自身的CRISPR的間隔區；病毒二次入侵時，CRISPR轉錄生成 前體crRNA (pre-crRNA)， pre-crRNA經過加工形成含有與外源基因匹配序列的crRNA，該crRNA與病毒基因組的同源序列識別後，介導Cas蛋白結合併切割，從而保護自身免受入侵。
利用該免疫系統，通過人工設計具有引導作用的sgRNA，引導Cas9對DNA進行定點切割，造成DNA雙鏈斷裂，在此基礎上，細胞進行DNA自我修復，導致DNA的缺失或插入，從而實現對DNA的精確敲除或敲入。
CRISPR基因編輯近期取得的突破
CRISPR技術自2013年以來，得到了快速發展，可以說是日新月異，此處列舉近期CRISPR技術在遺傳病治療、愛滋病治療，以及癌症治療領域所取得的最新進展。
遺傳病治療
2020年12月5日，國際四大醫學期刊之首的《新英格蘭醫學期刊》NEJM 發表了CRISPR基因治療β-地中海貧血症和鐮刀狀細胞貧血症的臨床試驗結果。
CRISPR Therapeutics 和 Vertex Pharmaceuticals 聯合開發了治療β-地中海貧血症和鐮刀狀細胞貧血症的CRISPR-Cas9基因編輯療法。
研究團隊對1名β-地中海貧血症患者和1名鐮刀狀細胞貧血症患者回輸了經過CRISPR-Cas9編輯BCL11A增強子的自體CD34+細胞。治療後18個月，兩名患者的骨髓和血液中等位基因編輯水平仍保持較高，骨髓中保持超過76%的編輯效率，血液中的編輯效率也保持在60%。且患者不再依賴輸血，循環血液中表達胎兒血紅蛋白HbF的細胞佔比達到99%。
詳情：愛滋病治療
2020年11月27日，美國天普大學和內布拉斯加大學醫學中心的研究人員在 Nature Communications 雜誌上發表了題為：CRISPR based editing of SIV proviral DNA in ART treated non-human primates 的研究論文。
這項研究成功地在非人靈長類動物的基因組中編輯清除了與HIV密切相關的SIV-a病毒，這在愛滋病研究中邁出了重要一步。這一突破也使得人類比以往任何時候都更接近於開發出徹底治癒愛滋病的方法。
研究團隊還在其他動物模型中做了類似實驗，並證實他們的AAV9-CRISPR-Cas9系統可以有效地從感染了HIV-1的人源化小鼠模型的細胞和組織中清除HIV-1的整合DNA。總而言之，這是一項十分重要的研究進展，並有望以此徹底終結人類的愛滋病噩夢。
詳情：癌症治療
2020年11月18日，以色列特拉維夫大學的研究人員在 Science Advances 雜誌上發表題為：CRISPR-Cas9 genome editing using targeted lipid nanoparticles for cancer therapy 的研究論文。
這項研究為世界首例證實CRISPR/Cas9系統可以有效治療活體動物轉移性癌症的研究。
研究人員開發了一種新的基於脂質納米顆粒（LNP）的CIRSPR遞送系統——CRISPR-LNP，並在兩種侵襲性和不可治癒的癌症類型——膠質母細胞瘤和卵巢癌中表現出良好的治療效果。
詳情：正如王力宏五年前說的那樣，全世界已經知道了CRISPR是什麼，CRISPR還有太多可能性，我們拭目以待。
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