用 CRISPR 直击要害
⏱️ 阅读时长 6 分钟 | 一项新研究利用“自切换”基因剪刀，针对小鼠亨廷顿舞蹈症的根本原因进行治疗——即使…
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亨廷顿舞蹈症 (HD) 是由亨廷顿基因中 C-A-G 遗传字母的重复引起的。不会患上 HD 的人拥有 35 个或更少的 CAG，而将会患上 HD 的人则拥有 36 个或更多。由于 HD 的病因如此明确，科学家们长期以来一直在追求一个大胆的想法：如果我们能移除突变基因会怎样？
发表在《科学进展》（Science Advances）上的一项新研究朝这个方向迈出了重要一步。研究人员利用 CRISPR 基因编辑技术，能够直接移除 HD 小鼠大脑中的突变亨廷顿基因，从而使大脑健康、运动能力和寿命得到持久改善。
追根溯源：针对问题的源头
DNA 储存着细胞的遗传指令，这些指令被复制成 RNA 信息，用于制造蛋白质，即在细胞内执行实际工作的分子。亨廷顿基因中额外的 CAG 会导致蛋白质扩增，据信这会干扰细胞的内部运作。
目前大多数 HD 治疗策略旨在降低亨廷顿 RNA 和蛋白质的水平。这些方法包括反义寡核苷酸 (ASO) 或 RNA 干扰 (RNAi)，它们在 RNA 层面发挥作用——即在基因已被读取和复制之后。
CRISPR 的工作原理则不同。CRISPR 的目标不是减少信息或清理蛋白质，而是改变 DNA 本身。这使得它成为治疗 HD 的一种极具吸引力的方法，因为 HD 是由单个缺陷基因驱动的。
CRISPR：自带 GPS 的分子剪刀
为了理解为什么这项最近发表的研究令人兴奋，让我们仔细看看 CRISPR 是如何工作的。
从核心上讲，CRISPR 是一种直接在细胞内部编辑 DNA 的方法。但它不是随机的，而是精确靶向的。可以把它想象成一对由 GPS 引导的分子剪刀。DNA 非常长且排列紧密——就像一本巨大的说明书。CRISPR 需要一种方法来定位要编辑的确切位置。
它使用向导 RNA，其作用类似于搜索词。这一小段 RNA 被设计用来匹配特定的 DNA 序列——在这种情况下，是亨廷顿基因的一部分。就像在海量文档中使用“查找”功能一样，向导 RNA 会扫描基因组，直到找到完美的匹配项。
一旦找到目标，向导 RNA 就会引入一种名为 Cas9 的蛋白质——即真正的“剪刀”。Cas9 在该精确位置切断 DNA 的两条链。这会产生一个细胞必须紧急修复的断裂。当细胞修复切口时，它们经常会引入微小的错误。这些微小的变化可以破坏基因，使其无法正常工作。
在这项研究中，研究人员针对 HTT 基因中导致疾病的 CAG 重复扩增之前的区域。这里的关键想法是：如果亨廷顿基因被破坏，它就不能再产生 RNA 或蛋白质。
更安全的设计：可自动关闭的 CRISPR
基因编辑面临的最大挑战之一是安全性。
如果 CRISPR 保持活性的时间过长，它可能会切断基因组中非预期的部分。为了降低这种风险，研究人员设计了一种自失活 CRISPR 系统。
这意味着 CRISPR 在编辑基因后不久就会自动关闭。
把它想象成一把带有自动安全切断装置的锯子——它切断需要切断的部分，然后立即断电以避免造成额外损伤。
“这些发现代表了向前迈出的重要一步，同时也强调了在基于 CRISPR 的疗法成为 HD 患者的现实之前，还需要做更多的工作。”
在 HD 小鼠模型中测试 CRISPR
为了测试这种方法，研究人员使用了一种携带人类突变亨廷顿基因（具有极长重复扩增）的小鼠模型。这些 HD 小鼠通常会出现协调、平衡和运动方面的问题，并且亨廷顿蛋白团块（聚集体）会在它们的大脑细胞中积聚。
他们使用病毒载体将 CRISPR 系统直接送入大脑。病毒载体是一种经过修饰的病毒，可以进入细胞，但被设计为无害。这种专门的包装使研究人员能够针对 HD 受影响最严重的区域，如纹状体和皮层。
结果令人瞩目。突变亨廷顿蛋白水平下降了 60–90%，聚集体减少了高达 90%。这些聚集体是 HD 病理学的标志，它们的减少表明细胞层面的重大改善。
经过 CRISPR 治疗后，步态异常得到改善，运动协调能力增强，过度活跃和重复性动作减少。除了大脑之外，接受治疗的小鼠体重减轻的情况有所缓解，寿命也有所延长，接近健康动物的水平。
最令人鼓舞的发现之一是 CRISPR 在疾病的不同阶段都有效。在症状开始前对小鼠实施 CRISPR 系统，可以有效预防类似 HD 的运动问题并减少聚集体。当小鼠在症状刚刚开始时接受病毒载体，它们表现出明显的改善。但即使在症状确立后给予，似乎仍有显著益处。
这表明，即使在疾病开始后，针对 HD 基因本身仍然可以产生影响。
展望未来
这项研究表明，使用自失活 CRISPR 系统编辑亨廷顿基因可以减少有毒蛋白质，改善症状，并延长 HD 小鼠的寿命——即使治疗是在疾病发作后开始的。这些结果突显了基因编辑以持久方式针对亨廷顿舞蹈症根源的潜力。
然而，在这种方法应用于人类之前，仍面临几个关键挑战。确保安全性至关重要，因为非预期的 DNA 编辑可能会在人类身上产生严重后果。在人类大脑（大约是小鼠大脑的 1,000 倍大）中输送基因编辑工具仍然是一个主要障碍。此外，大多数 HD 患者同时携带健康和突变的基因副本，因此需要开发仅针对有害版本的疗法。最后，从成功的小鼠实验转向安全有效的人类治疗需要许多额外的科学和监管步骤。
总之，这些发现代表了向前迈出的重要一步，同时也强调了在基于 CRISPR 的疗法成为 HD 患者的现实之前，还需要做更多的工作。
摘要
- 亨廷顿舞蹈症是由单个缺陷基因引起的，这使其成为 CRISPR 等基因编辑疗法的有力候选者。
- 研究人员利用 CRISPR “分子剪刀”直接在大脑中切断并破坏突变的亨廷顿基因。
- 该团队开发了一种自失活 CRISPR 系统，该系统在编辑后会自动关闭，从而提高了安全性。
- 这种方法使 HD 小鼠的有毒蛋白质水平降低了高达 90%，并改善了运动、行为和寿命。
- 即使在症状开始后进行治疗也能看到益处，这突显了针对 HD 根源的持久疗法的潜力。
