CRISPR基因編輯系統(tǒng)的三維圖像圖片來(lái)源：賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院

剪掉艾滋病病毒、編輯RNA、應(yīng)對(duì)抗生素耐藥性……“基因剪刀”(CRISPR基因編輯技術(shù))的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。

近日，“基因剪刀”似乎開(kāi)啟了新篇章：科學(xué)家使用兩種前沿方法——編輯DNA的CRISPR和利用免疫系統(tǒng)“哨兵”摧毀腫瘤的T細(xì)胞療法，改進(jìn)了癌癥免疫療法。

經(jīng)過(guò)基因編輯的免疫細(xì)胞在癌癥患者接受治療幾個(gè)月后仍持續(xù)存在、茁壯成長(zhǎng)，并繼續(xù)發(fā)揮作用。相關(guān)論文近日在線(xiàn)刊登于《科學(xué)》。

這是美國(guó)首次在人體上測(cè)試基因編輯方法的臨床試驗(yàn)。賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院和艾布拉姆森癌癥中心等機(jī)構(gòu)研究人員，介紹了他們對(duì)3名患者進(jìn)行基因編輯CAR-T治療的I期臨床試驗(yàn)結(jié)果。

該論文聯(lián)合通訊作者、賓夕法尼亞大學(xué)癌癥專(zhuān)家Carl June表示，這項(xiàng)臨床試驗(yàn)經(jīng)過(guò)了多年監(jiān)管審查，其目標(biāo)并非治愈癌癥，而是驗(yàn)證該治療策略是否安全可行。

加州大學(xué)伯克利分校的Jennifer Doudna和同事在同期發(fā)表的相關(guān)評(píng)論文章中提到，“基因編輯T細(xì)胞療法是一種革命性的癌癥治療方法，它能使白血病和淋巴瘤等血液相關(guān)癌癥獲得長(zhǎng)期緩解”，而使用CRISPR-Cas9的靶向基因失活(敲除)可以增強(qiáng)T細(xì)胞活性，具有擴(kuò)大細(xì)胞治療應(yīng)用的潛力。

到目前為止，人們還不清楚CRISPR編輯的T細(xì)胞能否被患者耐受并在重新注入人體后茁壯成長(zhǎng)。Doudna表示，這些新發(fā)現(xiàn)回答了一些問(wèn)題，并強(qiáng)調(diào)了加速基因編輯治療發(fā)展的潛力。

結(jié)合兩種技術(shù)

研究人員在2010年就開(kāi)發(fā)了CAR-T細(xì)胞療法，當(dāng)時(shí)他們將3名慢性白血病患者的T細(xì)胞加入了DNA，并將這些細(xì)胞植入患者體內(nèi)。最終的效果十分顯著，兩名患者至今仍然健在。

CAR-T細(xì)胞療法是指在插入嵌合抗原受體基因后，幫助注入的T細(xì)胞附著在有特定蛋白質(zhì)的癌細(xì)胞的表面并摧毀它們。兩種CAR-T細(xì)胞療法現(xiàn)已被批準(zhǔn)用于治療白血病和淋巴瘤。

但隨著時(shí)間的推移，這種療法的局限性開(kāi)始顯現(xiàn)。新論文聯(lián)合通訊作者、賓夕法尼亞大學(xué)血癌專(zhuān)家Edward Stadtmauer說(shuō)，該療法并非對(duì)每個(gè)癌癥患者都有幫助，即使是那些暫時(shí)有效果的人也會(huì)復(fù)發(fā)。

之后，研究人員嘗試使用CRISPR敲除選定的基因，同時(shí)加入DNA，希望能使T細(xì)胞更加強(qiáng)大和持久。

但CRISPR也有自身的不確定性——“脫靶”效應(yīng)，即計(jì)劃外的DNA被修改。沒(méi)有人知道帶有切片基因的T細(xì)胞能否在人體內(nèi)存活。盡管《科學(xué)》報(bào)道稱(chēng)，福泰制藥公司和CRISPR治療公司宣布，用CRISPR編輯細(xì)胞治療遺傳性血液病的兩名患者情況良好，但透露的細(xì)節(jié)很少。

June、Stadtmauer等人將目標(biāo)設(shè)定為NY-ESO-1的蛋白質(zhì)，并開(kāi)始尋找腫瘤會(huì)產(chǎn)生該蛋白質(zhì)的患者，研究人員將這種蛋白質(zhì)作為靶向基因添加到他們的T細(xì)胞中?；颊哌€需要攜帶一種特定的人類(lèi)白細(xì)胞抗原，這種免疫基因復(fù)合物可以幫助注入的T細(xì)胞增殖。

研究人員篩選出的符合條件的4名病人都病得很重，這也是這種新療法的標(biāo)準(zhǔn)。但一位30多歲的肉瘤患者，在實(shí)驗(yàn)室里準(zhǔn)備細(xì)胞時(shí)(整個(gè)過(guò)程需要4到6周)，病情嚴(yán)重到無(wú)法治療，后住進(jìn)了臨終關(guān)懷中心，不久就去世了。

最終，3位患者參與了試驗(yàn)。

突破修飾基因數(shù)量

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》從賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院獲悉，最初，研究人員使用CRISPR技術(shù)成功編輯了3名癌癥患者的免疫細(xì)胞。此次，研究人員使用了CRISPR以及將新DNA整合到免疫細(xì)胞的聯(lián)合策略。

數(shù)據(jù)顯示，參與試驗(yàn)的患者是兩名女性和一名男性，均年逾60歲。一名患有肉瘤，兩名患有多發(fā)性骨髓瘤，他們?cè)谌ツ杲邮芰嘶蚓庉嫾?xì)胞移植。

為了加速病人的T細(xì)胞對(duì)抗疾病，研究人員使用CRISPR敲除了兩個(gè)編碼T細(xì)胞受體的基因，并破壞了一種名為PD-1的蛋白質(zhì)。PD-1可以抑制免疫反應(yīng)，并消除其影響，而破壞該蛋白質(zhì)能增強(qiáng)T細(xì)胞的能力。然后，他們插入了針對(duì)NY-ESO-1的另一種T細(xì)胞受體的基因。

對(duì)患者的密切監(jiān)測(cè)證實(shí)，CRISPR技術(shù)出現(xiàn)了一些偏離目標(biāo)的變化。但隨著時(shí)間的推移，帶有意外DNA變化的細(xì)胞數(shù)量逐漸減少。

令人鼓舞的是，經(jīng)過(guò)CRISPR編輯的細(xì)胞至少存活了9個(gè)月，相比之下，CAR-T細(xì)胞在研究中大約只存活了兩個(gè)月。成像顯示出“健康的T細(xì)胞”，June表示，在實(shí)驗(yàn)室研究中，它們?cè)诒蛔⑷霂讉€(gè)月后就擊退了癌癥。

“這是首次證實(shí)CRISPR技術(shù)能同時(shí)針對(duì)人類(lèi)的多個(gè)基因，及其在治療許多無(wú)法治療或治愈的疾病方面的潛力。”June告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

溫州醫(yī)科大學(xué)眼視光學(xué)院研究員谷峰在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪(fǎng)時(shí)也曾表示，基因編輯給臨床上曾經(jīng)沒(méi)有任何干預(yù)方法的疾病治療帶來(lái)了希望，要保證該技術(shù)的安全性，就要努力降低基因編輯的脫靶效應(yīng)，提高靶向性、效率和保真性。

治療失敗 策略成功

但June坦言，對(duì)這些患者來(lái)說(shuō)，益處是有限的，其中一位已經(jīng)死亡，而另一個(gè)病情已經(jīng)惡化。接受聯(lián)合療法后，反應(yīng)最佳的是肉瘤患者，其原發(fā)腫瘤縮小，雖然他的癌癥后來(lái)又有發(fā)展。

“我們從參與臨床試驗(yàn)的3名患者那里獲得的數(shù)據(jù)證明，可以成功并精確地進(jìn)行多次基因編輯，從而使生成的細(xì)胞在人體存活的時(shí)間更長(zhǎng)，并顯示出持續(xù)攻擊和殺死腫瘤的能力。”June說(shuō)，“研究表明了該治療策略可能是安全、可行的。”

科學(xué)家一致認(rèn)為，按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，它成功了。未參與該研究的加州大學(xué)伯克利分?；蚓庉媽?zhuān)家Fyodor Urnov表示，這項(xiàng)研究是美國(guó)的第一個(gè)同類(lèi)研究，這是一個(gè)決定性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

加州大學(xué)洛杉磯分校腫瘤學(xué)家Antoni Ribas說(shuō)：“并不是你關(guān)掉了基因，那些T細(xì)胞就開(kāi)始做一些令人驚奇的事情。”研究人員分析了一些潛在的原因，包括接受治療的患者人數(shù)太少、選擇NY-ESO-1作為靶點(diǎn)可能存在局限性，以及無(wú)法敲除許多細(xì)胞中的所有3種基因。

無(wú)論如何，Doudna告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，Stadtmauer等人的CRISPR基因編輯細(xì)胞聯(lián)合療法，具有經(jīng)臨床驗(yàn)證的長(zhǎng)期安全性，為下一代基于細(xì)胞的治療鋪平了道路。

“隨著越來(lái)越多的基因治療被證明是安全和有效的，臨床轉(zhuǎn)化的障礙將主要在于細(xì)胞的制造和管理。重組工程細(xì)胞的生產(chǎn)過(guò)程和開(kāi)發(fā)新的CRISPR遞送策略以改變體內(nèi)的靶向細(xì)胞，是降低成本和使更多人獲得這些革命性治療的關(guān)鍵。”Doudna說(shuō)。(記者 唐鳳)