在一項新的研究中，來自美國費城兒童醫院和賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的研究人員首次進行產前基因編輯來阻止實驗室動物出現致命性的代謝障礙，從而有潛力在出生前治療人類先天性疾病。這就為在產前利用一種複雜的低毒的工具高效地對致病性基因中的DNA堿基進行編輯提供了概念驗證。相關研究結果發表在2018年10月的Nature Medicine期刊上，論文標題為“In utero CRISPR-mediated therapeutic editing of metabolic genes”。論文通信作者為賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的Kiran Musunuru博士 和William H. Peranteau博士。

這些研究人員使用了基因編輯工具CRISPR-Cas9和第三代堿基編輯器(base editor 3, BE3)靶向編輯一種調節膽固醇水平的基因，從而降低了在子宮內接受過這種治療的健康小鼠中的膽固醇水平。他們還在一小部分事先經過基因改造而攜帶著導致一種致命性肝髒疾病---1型遺傳性酪氨酸血症(hereditary tyrosinemia type 1, HT1)---的突變的小鼠中使用產前基因編輯來改善它們的肝髒功能和阻止新生小鼠死亡。

人類中的HT1通常出現在嬰兒期，並且通常可以用一種稱為尼替西農(nitisinone)的藥物和嚴格的飲食來加以治療。然而，當治療失敗時，患者有患上肝衰竭或肝癌的風險。產前治療可能為預防HT1和潛在地預防其他的先天性疾病打開一扇門。

Peranteau說，“我們的最終目標是將這種概念驗證研究中使用的方法轉化為治療在妊娠早期診斷出的嚴重疾病。我們希望將這一策略加以擴展，以便在產前幹預當前大多數患者所患的沒有有效治療方法並且導致嬰兒死亡或嚴重並發症的先天性疾病。”

Musunuru說，“我們使用BE3來關閉一種致命性的基因突變的影響。我們還計劃利用這種相同的堿基編輯技術不僅破壞突變的影響，而且還直接校正這種突變。”Musunuru之前已證實它能夠被用來降低血液中的膽固醇和脂肪水平，這可能導致人們開發出一種預防心血管疾病的“疫苗”。

在這項新的研究中，這些研究了使用BE3，它將CRISPR與一種經過修飾的Cas9連接在一起而形成CRISPR-Cas9基因編輯工具的一種存在部分活性的版本，並利用這種版本作為一種歸巢複合物將一種酶攜帶到胎鼠肝細胞基因組中的一個高度特異性的位置。這種酶對靶基因序列進行化學修飾，從而將一種DNA堿基改變為另一種DNA堿基。BE3可能比CRISPR-Cas9更安全，這是因為它不能完全切割DNA分子，並且在修複這種切割時容易受到意外錯誤的影響，正如在使用CRISPR-Cas9基因編輯工具時觀察到的那樣。

這項研究中的這些在產前接受治療的小鼠在出生後攜帶著穩定數量的經過基因編輯的肝細胞長達三個月，沒有證據表明在其他的DNA位點上存在著不必要的脫靶編輯。在一部分事先經過基因改造產生的HT1小鼠模型中，BE3改善肝功能並保持存活。這些接受BE3治療的小鼠也比接受尼替西農治療的小鼠更健康，其中尼替西農是當前的HT1患者的一線治療藥物。

為了運送CRISPR-Cas9和BE3，這些研究人員選擇了經常在基因治療實驗中使用的腺病毒載體。鑒於之前的基因治療研究已表明腺病毒載體可能會引起宿主免疫係統產生意外之外的和有時是有害的反應，他們正在研究替代性運送方法，如脂質納米顆粒。這些替代性運送方法不太可能刺激不想要的免疫反應。

除了使用堿基編輯技術直接校正導致疾病的突變之外，這些研究人員的未來研究方向將是研究這種技術在其他疾病(包括那些在除肝髒以外的器官中發生的疾病)中的應用。

Peranteau說，“在將產前基因編輯轉化為臨床實踐之前，還需開展大量的研究工作，包括研究更具臨床相關性的運送方法，並確保它們的安全性。但是，我們對這種治療肝髒和其他器官中出現的遺傳疾病的方法的潛力感到興奮，這是因為目前幾乎沒有針對這些遺傳疾病的治療方案。”(生物穀 Bioon.com)

參考資料：

Avery C. Rossidis, John D. Stratigis, Alexandra C. Chadwick et al. In utero CRISPR-mediated therapeutic editing of metabolic genes. Nature Medicine, October 2018, 24(10):1513–1518, doi:10.1038/s41591-018-0184-6.

Huiyun Seo & Jin-Soo Kim. Towards therapeutic base editing. Nature Medicine, October 2018, 24(10):1493–1495, doi:10.1038/s41591-018-0215-3.