CRISPR/Cas系統是大多數細菌與所有的古菌中的一種後天免疫系統，能夠以消滅外來的質體或者噬菌體並在自身基因組中留下外來基因片段作為「記憶」。2002年，荷蘭烏得勒支(Utrecht)大學的Ruud.Jansen在Molecularmicrobiology雜誌上發表了題為Identification of genes that are associated with DNA repeats inprokaryotes的文章，他們利用生物信息工具對一系列古菌和細菌的重複序列進行了分析。文章中，Jansen等人在Mojica的協商下(文章中致謝裡面提到的)，首次將這個重複序列命名為Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats,簡稱CRISPR，這就是我們現在所通用的名稱。同時，他們也首次用了CRISPR-associated(cas)這個概念。近年來以CRISPR/Cas9為基礎的基因編輯技術在一系列基因治療的應用領域都展現出極大的應用前景，比如愛滋病、血液病、腫瘤等多種人類頑疾；那麼近期CRISPR-Cas9基因編輯系統在治療癌症和HIV上有哪些突破性進展呢？小編對此進行了盤點，與各位一起學習！
原文：Treating Cancer with CRISPR？
根據美國國家衛生研究院（NIH）的說法，美國重組DNA顧問委員會（Recombinant DNA Advisory Committee，RAC）下周將審查賓夕法尼亞大學申請首次利用革命性的基因編輯技術CRISPR治療人類癌症的臨床試驗。利用CRISPR技術，科學家們能夠準確地切割靶DNA。
這項臨床研究將從癌症患者體內提取出免疫系統的T細胞。接著，研究人員將利用CRISPR對T細胞進行基因修飾，並將基因修飾後的T細胞灌注回病人體內，這樣它們將靶向摧毀腫瘤細胞。
NIH科學政策副主任Carrie Wolinetz在一篇博客帖子中披露了這一審查信息。賓夕法尼亞大學正在開發的這種癌症免疫療法旨在靶向攻擊骨髓瘤、黑色素瘤和肉瘤。
CRISPR技術是在不到四年前開發出來的，但是已正在衝向臨床應用。在此之前，一家位於美國麻薩諸塞州劍橋市的生物技術公司Editas醫藥公司（Editas Medicine）說，它打算在2017年開展一項利用CRISPR治療一種罕見的眼部疾病的臨床試驗。
doi: 10.1016/j.cell.2015.02.038
第一次CRISPR-Cas9基因編輯技術被用於整體生物模型中系統地靶向基因組中的每一個基因。來自Broad研究所和麻省理工學院David H. Koch綜合癌症研究所的一個科學家小組，率先利用這一技術在一個癌症動物模型中系統地「敲除」（關閉）了整個基因組的所有基因，揭示出了與腫瘤進化和轉移相關的一些基因，這為在其他細胞類型和疾病中從事類似的研究鋪平了道路。這項研究工作在線發表在3月5日的《細胞》（Cell）雜誌上。
共同資深作者、哈佛-麻省理工Broad研究所核心成員、麻省理工McGovern腦研究所研究員、麻省理工學院大腦、認知科學與生物工程學系助理教授張鋒（Feng Zhang）說：「全基因組嚮導RNA(guide RNA， gRNA)庫是一個強大的篩查系統，我們帶著激動的心情開始將它應用於動物模型中來研究基因功能。這項研究是朝著利用Cas9在體內鑑別癌症和其他複雜疾病中的重要基因邁出的第一步。」
【3】JNCI：利用CRISPR/Cas9技術使癌症突變失活
doi：10.1093/jnci/djw183
由於在許多生物醫學和生物技術領域均有著廣泛的應用，「基因魔剪」CRISPR/Cas9或將完全打開癌症研究領域的大門；日前一項刊登在國際雜誌Journal of the National Cancer Institute上的研究報告中，來自德國德勒斯登工業大學 （Dresden University of Technology）等機構的研究人員通過研究發現，扮演癌症驅動子的突變或許能夠被靶向作用並且修復，而且這些相關的突變也可以被快速診斷，並被用來改善個體化療法。
作為生物技術研究領域的革命性工具，CRISPR/Cas9在生物醫學研究上有著其廣泛的用途，其可以實現對細胞基因組中特定位點的DNA進行切割，如今研究人員就發現了一種方法，能夠利用該技術診斷並且使得癌症突變失活，從而加速癌症領域的研究。研究者Frank Buchholz說道，通過新一代測序技術我們就能夠快速鑑別出癌細胞中的突變，但很多時候我們並不知道到底是哪些突變能夠驅動疾病的發生，而且哪些突變是相對良性的。
這項研究中，研究者首先對超過50萬個報導的癌症突變進行分析，這些突變從理論上來講能夠被靶向作用，並且超過80%的突變都可以被CRISPR/Cas9系統進行切割修飾；隨後研究者人員發現CRISPR/Cas9可以在不明顯靶向作用健康野生型等位基因的同時，對一系列常見的癌症突變進行特異性靶向作用；此外，攜帶癌症特異性引導RNAs的Cas9酶類的表達還能夠揭開引發癌細胞生長和變異的突變。
【4】NBT：利用CRISPR系統篩選癌症藥物靶向目標
doi：10.1038/nbt.3235
近日，來自美國冷泉港實驗室的研究人員在國際學術期刊nature biotechnology在線發表了一項最新研究進展，他們應用CRISPR-CAS9技術靶向編碼蛋白功能性結構域的外顯子對癌症藥物作用靶點進行大規模篩選，克服了CRISPR-CAS9技術在該方面的技術障礙，對於癌症藥物靶點篩選有重要意義。
CRISPR-CAS9基因組編輯技術在發現癌症及其他疾病靶向治療目標方面具有重要應用前景。目前的篩選策略主要通過靶向CRISPR-CAS9誘導的候選基因5`外顯子突變來進行，但這種方法常會產生保留部分功能的框內突變，即使具有很強的遺傳相關性也有可能會被掩蓋。
在該項研究中，研究人員利用CRISPR-CAS9技術靶向編碼蛋白功能結構域的外顯子對其進行突變，從而克服了上述問題的限制。這種方法會產生更多的無效突變，大幅度增加了陰性選擇的效能。同時，大量的陰性選擇可用於推斷蛋白質不同結構域的功能重要性。研究人員利用這一方法對小鼠急性髓系白血病細胞的192個染色質調節性區域進行了篩選，發現了6個已知的藥物靶點和19個潛在藥物靶點。
【5】Nat Med：利用CRISPR-Cas9進行全基因組篩選找到胰腺腫瘤弱點
doi：10.1038/nm.4219
在科學家們建立了CRISPR-Cas9基因編輯技術之後，該技術得到了廣泛利用。一些研究利用CRISPR-Cas9基因編輯工具進行基因篩選，在癌細胞內找到了一些可以用於開發潛在治療方法的基因弱點。
最近，來自加拿大多倫多大學的研究人員在RNF43突變的胰腺導管腺癌（PDAC）細胞中進行了全基因組範圍的CRISPR-Cas9篩選，並找到了可以用於治療該類型癌症的潛在抗體藥物。這種類型的PDAC依賴Wnt信號進行增殖。
在這項研究中，研究人員通過篩選發現一個有FZD5參與的Wnt信號通路對於攜帶RNF突變的PDAC細胞的增殖有重要作用，FZD5是人類基因組編碼的10個Frizzled受體中的一個。研究結果表明該Wnt受體的表達水平存在背景依賴性特徵。研究人員利用一組重組抗體檢測FZD蛋白的表達，證實FZD5的功能特徵無法通過蛋白表達情況來解釋。
【6】Cell子刊：利用CRISPR/Cas9技術鑑定出AML白血病細胞的弱點
doi：10.1016/j.celrep.2016.09.079
在一項新的研究中，來自英國劍橋大學韋爾科姆基金會桑格研究所的研究人員和他們的合作者對一種CRISPR基因編輯技術進行改進，並利用它發現急性髓性白血病（AML）的新的治療靶標。他們鑑定出大量基因可能作為抗AML療法的潛在靶標，並且描述了抑制這些基因中的一種，即KAT2A，如何破壞AML細胞，同時不會傷害非白血病血細胞。相關研究結果發表在2016年10月18日那期Cell Reports期刊上，論文標題為「A CRISPR Dropout Screen Identifies Genetic Vulnerabilities and Therapeutic Targets in Acute Myeloid Leukemia」。
AML是一種侵襲性血癌。AML細胞（一種癌細胞）將骨髓中的健康細胞擠出去。它們快速地增殖和幹擾骨髓製造正常血細胞的能力，從而導致威脅生命的感染和流血。主流AML療法在幾十年內並未發生變化，而且不到三分之一的AML患者在這種癌症中存活下來。
為了鑑定出治療AML的新方法，研究人員利用CRISPR-Cas9基因編輯技術對AML細胞進行篩選以便尋找它們的弱點。這種技術能夠被用來破壞和摧毀細胞基因組中的靶基因。為了實現這一目標，他們對CRISPR-Cas9技術進行優化，以便高效地逐個地破壞AML細胞基因組中的所有基因。這允許他們鑑定出那些遭受破壞後對AML細胞的生長和存活是有害的基因。
【7】Nature：大師級牛人用CRISPR構建癌症類器官
doi：10.1038/nature14415
腸道上皮是人體內細胞更新最快的組織，可以迅速更新和修復腸黏膜，但這種能力也帶來了一定的風險。人們發現，腸道的隱窩幹細胞（Crypt stem cell）可能起始腫瘤形成，在腫瘤細胞的分化、增殖及凋亡中發揮重要作用。
用含有幹細胞巢蛋白（WNT、R-spondin、表皮生長因子EGF）的培養基，可以長期培養小鼠和人類的腸道幹細胞，生成遺傳學和表型穩定的上皮類器官。荷蘭藝術與皇家科學院主席、美國國家科學院院士Hans Clevers教授領導研究團隊，利用CRISPR/Cas9技術建立了結直腸癌（CRC）類器官。這一研究成果發表在本周的Nature雜誌上。
結直腸癌通常是由腺瘤緩慢發展而成，這說明結直腸癌發展很可能是一個陸續獲得基因突變的過程。研究人員將CRISPR/Cas9技術用於體外培養的人類腸道幹細胞，陸續引入了四個最常見的結直腸癌基因突變（APC、P53、KRAS和SMAD4）。他們通過去除培養基中的生長因子，來篩選發生了突變的細胞。
【8】Nat Commu：大刀砍向HIV病毒——CRISPR系統初步成功應用
doi：10.1038/ncomms7413
想像一下，一個成分單一的藥物，可以防止人類免疫缺陷病毒（HIV）感染，也能治療已經感染愛滋病毒的患者，甚至能清除比HIV更厲害的病毒的所有休眠副本。這聽起來像科幻小說，但已經有科學家們開始一步步接近於這個目標。他們通過定義和利用細菌和基因剪刀手CRISPR/Cas9系統，為細胞創造了一個新的防禦系統。這篇研究成果，發表在最新的Nature Communications。
當HIV病毒複製潛入人體細胞，它們就會導致混亂。它使用細胞本身的分子機制製成病毒遺傳物質的副本，這些副本隨後埋葬細胞自身的基因。從此之後，主體細胞變成一個HIV工廠，使得病毒大量複製，以遍布全身。現有的HIV藥物主要瞄準這一生命周期中的各個步驟：比如說一些阻止病毒整合進入細胞的DNA，而另一些嘗試包括停止受HIV影響的細胞生產更多的病毒。不過這些藥物的問題在於它們不能真正刪除那些隱藏在細胞的病毒DNA。這些病毒可以保持休眠狀態數年之久，然後再次激活。所以病人通常需要每天或每周的使用藥物來保障他們的生活，因為HIV可以潛伏。不過這樣花費的金錢，時間和精力實在難以估量。
【9】Cell子刊：CRISPR直擊HIV感染的預防和治癒
[1] CRISPR identifies genes that might be targeted to hobble HIV infection
[2] A Cas9 Ribonucleoprotein Platform for Functional Genetic Studies of HIV Host Interactions in Primary Human T Cells
CRISPR是最近備受推崇的基因組編輯技術，它能夠高效而精準地編輯基因組中幾乎所有的序列，這將大大促進疾病研究和新療法開發。著名科學期刊《Cell Reports》日前發布了一項新成果，科學家利用CRISPR/Cas9基因編輯系統，在人體免疫T細胞內對45個與HIV入侵宿主相關的基因進行特殊編輯分析，甄別出了其中某些基因經編輯改造發生突變後，可保護T細胞免受HIV病毒的侵入、整合、轉染。這對於徹底清除HIV病毒、預防和治癒愛滋病有重要意義。
HIV病毒全稱人類免疫缺陷病毒，它是導致愛滋病（AIDS）的罪魁禍首。HIV 感染人體後，侵入並破壞CD4陽性的T淋巴細胞，導致免疫系統功能不斷下降，使患者越來越容易遭受大量其它感染和疾病的侵襲而最終死亡。愛滋病是一個遍布全世界的公共健康問題，根據WHO統計，2014年全球HIV感染人口接近4000萬，其中新增感染人數200萬。由於近年來抗病毒療法的不斷進步，特別是多種抗病毒藥物組合的「雞尾酒」療法問世後，愛滋病可獲得長期有效控制，已逐步變成了一種慢性、可控的疾病。但現有療法始終無法徹底清除體內HIV病毒，容易死灰復燃。如何徹底消除體內潛伏殘留HIV病毒，如何預防T 細胞不被HIV重新感染，是現今愛滋病治療的重要難題。
【10】Nature子刊：利用CRISPR/Cas9清除人T細胞基因組中的HIV-1
doi：10.1038/srep22555
人免疫缺陷病毒（HIV）導致獲得性免疫缺陷症候群（AIDS），即愛滋病。在一項新的研究中，來自美國天普大學路易斯-卡茨醫學院（Lewis Katz School of Medicine at Temple University）的研究人員開發出一種特定的基因編輯系統CRISPR/Cas9，從而為最終治癒HIV感染鋪平道路。他們證實利用這種基因編輯系統能夠有效地和安全地將這種病毒從在體外培養的人T細胞的DNA中清理掉。相關研究結果於2016年3月4日在線發表在自然出版集團旗下的Scientific Reports期刊上，論文標題為「Elimination of HIV-1 Genomes from Human T-lymphoid Cells by CRISPR/Cas9 Gene Editing」。
論文共同通信作者、天普大學路易斯-卡茨醫學院綜合NeuroAIDS中心主任、神經病毒學中心主任、神經科學系主任和教授Kamel Khalili博士說，「抗逆轉錄病毒藥物非常善於控制HIV感染。但是接受抗逆轉病毒藥物治療的病人一旦停止服用藥物，就會遭遇到HIV複製快速反彈。」大量HIV拷貝的存在削弱免疫系統，最終導致AIDS。
治癒HIV/AIDS---自從上個世紀八十年代首次發現HIV以來，它已奪去了2500萬多人的生命---是HIV研究的最終目標。但是一旦它整合進CD4+ T細胞---HIV感染的主要細胞---的基因組後，清除這種病毒已被證明非常困難。近期的努力有意專注於重新激活HIV以便觸發強勁的免疫反應從而能夠從被感染的細胞中根除這種病毒。然而，在此之前，這些「激活並殺死（shock and kill）」方法中沒有一種獲得成功。（生物谷Bioon.com）
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