最受关注的基因编辑技术是什么?CRISPR!其中走得最快的系统是哪个?CRISPR/Cas9!
近几年来,科学家不断对CRISPR/Cas9系统进行改造,更敏感的检测方法、更高效的Cas9酶、更好的递送方式……与临床之间的天堑鸿沟——脱靶效应,在研究者的努力下已经变得不那么可怕,使用CRISPR/Cas9进行的第一批临床试验也提上了日程。
稍等,CRISPR/Cas9真的如我们所想的那样安全吗?继上个月的致癌疑云之后,本周《自然生物技术》又曝新问题,由CRISPR/Cas9介导的DNA双链断裂修复,极有可能造成切割位点远端DNA大片段丢失、乃至其他更为复杂的基因突变[1]!
这种负面影响,一是丢失片段很长,可高达数千bp,可能影响细胞功能;一是距离切割位点较远,可以位于20kb之外,正常评估流程难以检测;一是随机性强,每个样本编辑后的基因型都有所不同,潜在影响的多样化巨大!
该项研究来自英国惠康桑格研究所,人类基因组计划中贡献最大的科研机构。文章通讯作者则是着名遗传学家Allan Bradley教授,他致力于癌症与基因的研究,他担任研究所长期间重新调整了惠康桑格研究所的发展方向,研究所名下的十数个生物信息学数据库少不了他的功劳。[2]
一般来说,科学家认为Cas9导致的DNA修复不会造成20bp以上基因的插入和缺失[3-5],不过实际上确实有研究曾发现,单gRNA诱导能够在小鼠受精卵中造成600bp以上的基因缺失[6],同时,双gRNA诱导也表现出了比预期更加复杂的基因型改变[7]。
而且,在大多数研究中,对基因编辑结果的分析,往往只关注靶点和潜在脱靶位点周围很小一段区域(<1kb),这样很可能会错过一些并不连续的突变位点。再者,研究所使用的细胞往往来自癌细胞系,其基因组和dna修复机制本来就不正常,结果是否能够推广到正常组织和细胞上也是个未知数。<>
Bradley教授和同事们认为,可能有大量的编辑错误我们并没有发现,如果这些异常基因位于正在活跃增殖的细胞中,那么很有可能会导致其他疾病。
为了搞清楚这个问题,研究者尝试用CRISPR/Cas9系统编辑雄性小鼠胚胎干细胞中的PigA基因。这个基因位于X染色体上,所以在XY细胞中没有等位基因。
研究者首先尝试了靶向基因外显子的单gRNA,编辑效率还是很高的,59-97%的细胞PigA基因都丧失了功能。
然而奇怪的是,靶向内含子的单gRNA也能够导致PigA基因失活。要知道这些靶点距离外显子还挺远,263-520bp之间的10个不同靶点编辑效率有8-20%,还有两个靶点距离外显子2kb开外,居然也能导致5-7%的PigA失活!
为了搞清楚这过程中发生了什么,研究者对PigA缺陷细胞进行了大规模测序,结果发现靶向内含子的编辑,居然也会造成外显子的缺失!也就是说CRISPR会造成意料之外的远端DNA缺失!
靶向内含子也造成了外显子缺失
研究者又继续分离这些细胞挨个分析,发现将近四分之三的细胞(69/93)在切割位点和外显子部分存在基因缺失,大小各不相同,最大能达到9.5kb;剩下的细胞则同时还有大片段插入等复杂的问题。
值得注意的是,这些“病变”与目标靶点并不相邻,如果用通常的检测方法,是根本无法发现的。
研究者还尝试了从两端同时扩增来自部分缺陷细胞的PigA基因,结果只能得到两端的序列,得不到中间部分。进一步分析也显示,存在着基因易位、倒错这样更为严重的结构变异。
此外,细胞与细胞之间的基因缺失状况又各有不同,这意味着潜在的致病模式多得无法想象。
会造成各种严重的突变
鉴于实验中PigA是单等位基因,考虑到可能具有特殊性,研究者又选取了另一种基因Cd9,这种基因位于常染色体上,并不是胚胎干细胞生存必须的基因,它的表达产物也很容易被染色检测。
重复以上实验,结果显示靶向外显子的gRNA编辑效率达到88%,而靶向内含子的编辑效率则在2.6-3.8%之间。考虑到破坏两个等位基因才能够阻止Cd9表达,这个结果实际上和PigA得到的基本一致。
测序结果也显示,Cd9基因中存在大片段缺失,最长达到5.5kb,而且27个Cd9缺陷细胞中,只有一个具有完整的外显子。
那么是不是由于小鼠胚胎干细胞尚未分化,具有某些特性,所以才造成这些问题的呢?同样的实验又在永生化人女性视网膜色素上皮细胞系(RPE1)和小鼠造血祖细胞中进行,结果也很相似。
转染方式也并非关键,无论是PB转座子系统,还是电穿孔和脂质体转染,CRISPR/Cas9造成的这种大片段缺失都是存在的。
人源细胞中突变情况也是类似的
本项研究中使用了小鼠的胚胎干细胞、造血祖细胞和人成熟分化细胞,前两者具有正常的DNA修复机制,而这三者都在临床研究中有着应用。
考虑到临床,事情就更加严肃了。临床中往往要一次性编辑数十亿个细胞,产生的大量不同突变很可能是致病的病变,乃至救命的细胞变成的致命的肿瘤。
Bradley教授表示,使用CRISPR/Cas9系统的风险“被严重低估了”,而本项研究“应当成为一记警钟。”
这篇论文刚刚发表二十分钟,业界领头的CRISPR先驱们股价大跌,CRISPR Therapeutics股价下跌8.6%,Editas Medicine下跌7%,Intellia Therapeutics下跌近10%。超过3亿美元市值凭空蒸发。[8]
不过这些新贵们倒并不慌张,毕竟如果基因编辑真的会造成如此严重的后果,那么在锌指或TALENs技术中也应当有体现——很显然,并没有人观察到。
Intellia表示,他们一直在对小鼠编辑后基因组进行分析,目前为止还没有发现任何“致癌”的突变。其副总裁Tom Barnes表示,这可能是由于Bradley团队采用了积极增殖的细胞,而Intellia使用的细胞更为“静止”[9]。
Editas则发布声明表示,公司致力于基于CRISPR的药物,并不会受到这项研究的影响。
现在的问题和我们上个月讨论的很类似了,如果这个现象是真的,那么我们为什么在此前的临床前实验中从未观察到小鼠大规模爆发肿瘤呢?
至少目前可以确定,体外编辑细胞之后,做个全基因组测序恐怕很有必要。
参考资料:
[1]https://www.nature.com/articles/nbt.4192#ref-link-section-25
[2]https://www.sanger.ac.uk/people/directory/bradley-allan
[3] Koike-Yusa, H., Li, Y., Tan, E.-P. & Velasco-Herrera, M.D.C. & Yusa, K. Genome-wide recessive genetic screening in mammalian cells with a lentiviral CRISPR-guide RNA library. Nat. Biotechnol. 32, 267–273 (2014)。
[4]van Overbeek, M. et al. DNA repair profling reveals nonrandom outcomes at Cas9-mediated breaks. Mol. Cell 63, 633–646 (2016)。
[5]Tan, E.P., Li, Y., Velasco-Herrera, M.D.C., Yusa, K. & Bradley, A. Off-target assessment of CRISPR-Cas9 guiding RNAs in human iPS and mouse ES cells.Genesis 53, 225–236 (2015)。
[6] Shin, H.Y. et al. CRISPR/Cas9 targeting events cause complex deletions and insertions at 17 sites in the mouse genome. Nat. Commun. 8, 15464 (2017)。
[7] Kraft, K. et al. Deletions, inversions, duplications: engineering of structural variants using CRISPR/Cas in mice. Cell Rep. 10, 833–839 (2015)。
[8]https://www.statnews.com/2018/07/16/crispr-potential-dna-damage-underestimated/
[9]https://www.nature.com/articles/d41586-018-05736-3?utm_source=fbk_nnc&utm_medium=social&utm_campaign=naturenews&sf193763122=1
来源:奇点网
作者:奇点糕
医谷链
《致癌恐慌笼罩“基因魔剪”:《Nature》子刊连发两文,CRISPR成功编辑的干细胞或是“定时炸弹”》
来源:奇点网 作者:奇点糕
为你推荐
资讯 “人工智能+医疗卫生”应用,国家卫健委在各方面的考虑方向
到2027年,建立一批卫生健康行业高质量数据集和可信数据空间,形成一批临床专病专科垂直大模型和智能体应用,基层诊疗智能辅助、临床专科专病诊疗智能辅助决策和患者就诊智能服...
2025-11-14 22:54
资讯 依视路®星趣控® 2.0镜片H.A.L.T. MAX技术相关研究获国际医学期刊发表
近日,国际医学期刊《Translational Vision Science & Technology》(简称TVST)发表了一篇最新的同行评审研究论文,公布了评估搭载Highly Aspherical Lenslet Target (...
2025-11-14 19:45
资讯 扬厉医药完成亿元级B轮融资,启明创投独家投资
本轮融资由启明创投独家领投,公司现有股东泰福资本、杭州国资、润璋创投继续跟投,融资资金将全额用于多款核心产品的临床研究推进。
2025-11-13 17:26
资讯 直击医工转化核心命题,全球医疗科技创新生态大会勾勒中国源创新路径
波士顿科学、丹纳赫、西门子医疗三家全球领先的医疗科技企业,以开放协同的姿态诠释了“生态共融”的核心内涵,成为行业关注的焦点。
文/张蓉蓉 2025-11-13 13:18
资讯 北大医药董事长涉嫌刑事犯罪被批捕
11月12日晚间,北大医药股份有限公司发布公告,公司董事长、总裁徐晰人先生因被刑事拘留,暂时无法正常履职,授权公司董事陈岳忠先生代为行使董事长职责,授权公司常务副总裁余...
2025-11-13 10:08
资讯 Illumina® Protein Prep 以NGS蛋白质组学技术为全球超过40家客户提供突破性的精准解决方案,涵盖从学术机构到大型国家生物样本库
自 9 月全球商业化上市以来,Illumina Protein Prep 以“开箱即用”的解决方案显著提升蛋白质组学研究的可及性,目前因美纳全球客户已完成逾 4 万个样本的处理
2025-11-13 09:24
资讯 数说心律,同心共创——共话心脏节律管理创新方案
在第八届中国国际进口博览会期间,美敦力心脏节律管理业务部成功举办“数说心律,同心共创”主题活动,聚焦“以患者为中心”的创新实践,推动先进疗法造福中国。
2025-11-12 15:33
资讯 安科生物增资博生吉,获得PA3-17 注射液CAR-T产品大中华区独家代理权
11月11日晚间,安科生物发布公告称公司与博生吉医药科技(苏州)有限公司签署《增资协议》与《独家代理框架协议》,达成新一轮深度战略合作。
2025-11-11 22:53
资讯 熙源安健获得超2亿元A轮融资,加速核心管线进展和全球化布局
本轮融资由北京市医药健康产业投资基金领投,渶策资本、光华梧桐、比邻星创投跟投,老股东顺禧基金、启明创投持续加投,行远致同担任财务顾问。
2025-11-11 21:52
资讯 诺华的核药将在嘉兴量产
近日,跨国药企巨头诺华宣布其放射配体疗法(RLT)药物派威妥(镥[177Lu]特昔维匹肽注射液)的两个适应症同时获得国家药品监督管理局批准,分别为用于治疗既往接受过雄激素受体...
2025-11-11 18:23
资讯 国家医保局:开展医保经办全业务流程智能审核试点
国家医保局确定北京市、天津市、河北省、辽宁省、浙江省、湖南省、重庆市医疗保障局为试点单位,开展医保经办全业务流程智能审核试点工作。
2025-11-11 18:15
资讯 贺普药业乙肝创新药物获突破性进展
近日,第76届美国肝病研究协会(AASLD)年会在美国华盛顿开幕。由上海贺普药业研发的乙肝创新药贺普拉肽临床研究取得突破性进展,以大会报告形式公布了治疗慢性乙肝II期随机双盲...
2025-11-10 20:57
资讯 远大医药复方鼻喷剂莱特灵®国内成功获批,过敏性鼻炎迎全新复方治疗方案
全球创新药Ryaltris®复方鼻喷剂(“GSP 301 NS”或“莱特灵®”)已获国家药监局颁发药品注册证书,且在药品审评过程中未收到补充资料通知,实现“零发补”获批上市。
2025-11-10 17:37
资讯 创新医疗国际合作新范本,复星凯瑞与沙特Fakeeh共拓细胞治疗新里程
此次签约聚焦CAR-T细胞治疗领域,双方就共同推进该技术在沙特的临床落地和本地化发展达成了合作意向。
2025-11-10 17:32
资讯 安永吴晓颖:从“辅助工具”到“核心能力”,生成式 AI 将重塑医疗器械行业竞争格局
第八届中国国际进口博览会上,安永正式发布《生成式人工智能在医疗器械行业潜在应用》白皮书。
文/张蓉蓉 2025-11-10 16:26









