亨廷顿病下一代基因组编辑工具的重要进展
基因组编辑技术（锌指和 CRISPR）的研究使这些工具更接近于在亨廷顿病临床试验中使用
近日，关于使用所谓的基因组编辑作为亨廷顿病等遗传性疾病的潜在治疗方法的新闻不断涌现。这些方法包括听起来很特别的工具，如锌指核酸酶和 CRISPR/Cas9，它们与传统的减少 HD 突变对细胞影响的方法不同。这个令人兴奋的研究领域有什么新进展？
亨廷廷蛋白降低复习
最近围绕新的亨廷廷蛋白降低，有时称为基因沉默的亨廷顿病治疗方法的进展引起了很多兴奋。第一个在亨廷顿病人体临床试验中使用的这类药物，称为反义寡核苷酸（ASO），可以减少细胞产生的有害突变型亨廷廷蛋白的数量，从而最终限制其可能造成的损害。
一直关注的人都知道，第一个评估 ASO 在亨廷顿病患者中安全性的试验目前正在进行（http://en.hdbuzz.net/204），但一些读者可能也记得，在寻找创新方法减少有害亨廷廷蛋白方面，ASO 并不是唯一的选择。
事实上，两种被称为锌指核酸酶和CRISPR的新治疗技术最近引起了一些关注。虽然我们之前已经介绍过这两种方法（http://en.hdbuzz.net/023），但快速回顾它们的工作原理和它们之间的差异将有助于理解一些新发现。
您可能还记得最早的生物学课程中提到，您的 DNA 提供了如何构建您的详细说明！您身体中的每个细胞就像一个建筑工地，而您的 DNA 就是主要蓝图，其中包含了如何将最基本的构建块（称为氨基酸）转化为发挥功能的蛋白质的说明，这些蛋白质构成了您所有独特的特征，并确保您的身体继续平稳运行。
我们将构建特定蛋白质的 DNA 说明称为基因，我们每个人都有两份用于制造一种重要蛋白质的基因，这种蛋白质被称为亨廷廷。亨廷顿病的症状出现是因为这些遗传说明中的一套出现了错误，导致亨廷廷蛋白构建不当。在绝大多数亨廷顿病患者中，这导致了两种类型的亨廷廷蛋白 – 一种不再正常工作的突变型亨廷廷蛋白，和一种健康的亨廷廷蛋白。
让我们开始构建…
在您身体的每个细胞中，您的 DNA 被储存和保护在一个称为细胞核的深处位置，就像建筑经理将主要蓝图锁在她的办公室里以防止其受损一样。
在真实的建筑工地上，如果每个工人都必须到建筑经理的办公室去使用同一套说明来进行建造，这将会非常缓慢和低效，事实证明我们的细胞也是如此。
为了避免这个问题，会制作一份说明的工作副本，用作构建蛋白质的模板。这个工作副本被称为信使 RNA，或mRNA，它是从原始 DNA 复制而来，并被送到细胞中，用于大规模构建多个相同蛋白质的副本。
如果我们的 DNA 就像原始主要蓝图，那么 mRNA 就很像建筑经理分发给他们的工作人员的单独蓝图副本，这样他们就可以开始高效建造。这可能看起来有点混乱，但就我们的目的而言，您只需要知道构建蛋白质涉及的三个步骤：DNA -> mRNA -> 蛋白质。
ASO、锌指和 CRISPR：相同目标，不同手段
区分 DNA 和 mRNA 中的 HD 基因很重要，因为它们是快速发展的亨廷廷蛋白降低疗法的不同靶点。这些疗法包括各种不同的技术，如ASO、锌指和一种称为CRISPR/Cas9的新方法。从本质上讲，所有这些治疗技术都有相同的目标 – 减少细胞中产生的有害突变型亨廷廷蛋白的数量 – 但它们实现这一目标的方式却大不相同。
在这三个选项中，ASO 存在的时间最长，这可能不会让您感到惊讶，因为它们已经成为第一个在亨廷顿病患者中进行评估的药物。ASO 的工作原理是告诉细胞消灭信使，在这种情况下就是携带从 DNA 到制造蛋白质的指令的 mRNA 中间体。在经过治疗的细胞中，ASO 药物会直接粘附在提供制造有害突变型亨廷廷蛋白指令的 mRNA 上，并说服细胞将其切碎，这样就不能再产生该蛋白质。
许多科学家和亨廷顿病社区的成员对 ASO 疗法作为 HD 治疗选项的进展感到非常兴奋，但事实仍然是 ASO 疗法并不针对 HD 的最终原因（编码在人 DNA 中的有缺陷的 HD 基因），而是通过靶向 mRNA 保持一步之遥。因为突变基因仍然存在于 DNA 中，突变型 mRNA 和蛋白质将继续在经 ASO 治疗的细胞中产生。这意味着，据我们目前的理解，ASO 的治疗需要终身持续。
与使用 ASO 降低亨廷廷蛋白不同，包括锌指核酸酶和CRISPR/Cas9在内的较新技术都是一种基因组编辑技术。这些令人惊叹的新工具允许科学家们针对 HD 问题的最终源头，即突变的 DNA 本身。这些工具允许科学家精确地靶向 DNA 中的特定位置（如制造亨廷廷蛋白的指令），然后执行一些有用的技巧。
他们可以做的一个技巧是作为细胞的某种停止信号。当通常读取 DNA 的机器到达突变的 HD 基因时，适当设计的基因组编辑工具可以将它们召回 – 告诉它们不要在那个精确的基因上工作。这导致永远不会产生突变型亨廷廷 mRNA 或蛋白质。请注意，这与 ASO 的工作方式不同，ASO 是通过降解已经产生的 mRNA。
一个重要的新基因组编辑工具CRISPR/Cas9最近让很多人感到非常兴奋。这些工具是从某些细菌物种借鉴来的，这些细菌将其用作一种免疫系统，允许细胞将外来 DNA 序列插入它们自己的 DNA 中。非常聪明的人类从细菌那里借用了这些工具，并重新设计它们，使科学家能够在特定序列处对 DNA 进行精确切割。
理论上，在实验室中，CRISPR 技术可以用来切割特定的 DNA 序列，使细胞无法读取基因。它们也可以用来指导细胞对 DNA 序列进行特定的改变 – 甚至理论上可以修复像导致 HD 的突变。在其根源（HD 基因）处针对 HD 的原因将确保突变型亨廷廷 mRNA 和突变型亨廷廷蛋白都不再产生，也不能再造成伤害。
安全第一！
如果您发现自己在想为什么我们还没有开始将这些新工具作为药物进行测试，那是因为在药物开发过程中需要进行许多工作，以确保最终产品在可以在 HD 患者中进行测试之前既安全又有效。
首先，科学家需要找到将这些药物送到大脑的方法，因为突变型亨廷廷蛋白在那里造成最大的损害。这很困难 – 我们的大脑特别擅长阻挡可能有害的物质，而且不幸的是，它不会给这些药物开绿灯。如果我们试图将它们放在药片中或注射到血液中，我们的身体会在它们到达大脑之前就将它们分解并使其失效。
由于 ASO 存在的时间较长，科学家们有更多的时间来解决这个问题，尽管他们的解决方案仍远非完美。在人类 HD 试验中使用的 ASO 必须注射到浸润大脑和脊髓的液体中，即脑脊液中。我们有充分的理由相信这将会有效，但显然比仅仅吞服药片更复杂。
“从根本上说，所有这些治疗技术都旨在实现同一目标——减少细胞中产生的有害突变亨廷顿蛋白的数量——但它们实现这一目标的方式却大相径庭。”
像 CRISPR 和锌指这样的基因组编辑工具比它们的 ASO 对应物更难输送。这是因为它们本身就是蛋白质，而且很难完整地输送到细胞中。
为了解决这个问题，研究人员使用无害的病毒来搭载制造这些蛋白质的 DNA 指令进入脑细胞。从那里，细胞被诱导使用它们用来构建自己蛋白质的相同机制来构建基因组编辑工具，本质上是将细胞变成它们自己药物的工厂！
锌指在 HD 方面有什么新进展？
许多研究团队并没有退缩，而是一直在努力解决前面提到的问题，以推进这些新技术在 HD 中的应用。此前，HDBuzz 报道说，来自西班牙的一组研究人员测试了一种新的锌指药物，在短期研究中显示出在 HD 小鼠模型中的一些有益效果（http://en.hdbuzz.net/103）。
最近，同一研究团队 – 由现在在英国伦敦帝国理工学院工作的 Mark Isalan 领导 – 设计并测试了他们药物的更新版本，看看他们是否能够在更长时间内增强其效果，并减少与使用 AAV 输送药物相关的大脑中有害的免疫反应。
经过一些密集的生化改进，Isalan 和同事们能够证明，他们新改进的锌指候选药物比他们之前的版本在减少有害突变型亨廷廷蛋白方面更有效，持续时间更长，在只针对 HD 基因方面更具选择性，并且显示出比之前版本更好的安全性。
这些确实是非常令人兴奋的发现，都是在使锌指疗法成为治疗人类 HD 的可行选择方面的积极步骤！这种对锌指的缓慢、耐心的工作类似于 ASO 药物的发展过程，后者在基因组编辑工具方面有多年的领先优势。
CRISPR 怎么样？
尽管被认为是进行基因组编辑最精确的方法，CRISPR 技术仍然是新成员，与其他技术相比，科学家们解决问题的时间要少得多。
在将 CRISPR 作为 HD 治疗选项的一个令人兴奋的进展中，由马萨诸塞总医院的 Jong-Min Lee 领导的研究团队最近开发了一种 CRISPR 构建体，可以在培养皿中的细胞中选择性地编辑掉突变型而不是野生型的 HD 基因副本。利用 CRISPR 的高度特异性靶向能力，他们能够指导处理过的细胞切除突变型 HD 基因，同时保持健康副本完整。
当然，在培养皿中的细胞上显示药物有效是一回事，而在活体生物中显示其有效则是完全另一回事。对于像 CRISPR 这样的技术来说尤其如此 – 据我们目前所知，我们需要一种病毒来将指令携带到我们的1000亿个脑细胞中的每一个，以拯救它们免受突变型 HD 基因的影响。
另一个风险是 CRISPR 和其他基因组编辑工具会永久修改 DNA。这与像 ASO 这样的药物不同，后者最终会从大脑中清除，这意味着如果不再次给药，它们的效果会随时间消失。
起初，这个想法听起来很棒！如果我们只需一次治疗就能治愈 HD，我们当然很乐意这样做。然而，我们仍然不确定与永久删除 HD 基因和减少产生的亨廷廷蛋白数量相关的长期影响，无论是突变型还是非突变型。存在的可能性是，永久删除 HD 基因可能会导致一些严重的不同类型的健康问题在以后出现，我们需要花相当长的时间研究其影响，才能知道它是否安全。
接下来是什么？
在像锌指和 CRISPR 治疗这样的基因组编辑技术成为亨廷顿病的可行选择之前，还有很多工作要做，但这里展示的研究表明，我们已经朝着实现这一目标迈出了一些重要的步骤。
虽然最近的工作表明锌指疗法在 HD 小鼠模型中是有效的 – 它们的大脑比一个十美分硬币还小 – 但要证明它在人类中可以有效将会困难得多，因为人类的大脑更大、更复杂，并且存在许多其他需要克服的挑战。CRISPR 疗法可能需要更长的时间，因为我们才刚刚开始计划在 HD 小鼠模型中测试其有效性。
然而，这并不是变得气馁的理由，事实上我们认为恰恰相反！目前研究最令人兴奋的部分是，它表明我们在尝试开发 HD 的亨廷廷蛋白降低治疗时有多个箭在弦上。即使某个选项没有达到我们希望的效果，我们也在稳步开发可能为 HD 提供有效治疗的新疗法。
这个想法是许多人开始快速接受的 – 最近两家制药公司，Sangamo Biosciences 和 Shire Pharmaceuticals，联手加速他们在开发锌指治疗作为亨廷顿病治疗选项的努力。虽然解决问题需要一段时间，但我们认为 CRISPR 也只是时间问题。就个人而言，我们认为到目前为止取得的进展给了我们很多值得期待的东西！
