CRISPR技術的前景因免疫反應而蒙上陰影

　　通過基因組編輯來糾正異常，這個概念似乎簡單明了。幾十年來，科學家也一直嘗試用基因編輯來開展治療，獲得了不同程度的成功。最大的障礙來自基因導入系統，它往往使用病毒，具有一定的風險。

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　　2013年，研究人員首次利用CRISPR-Cas9系統來編輯哺乳動物細胞的基因組，對編輯發生的位置有了很好的控制1。從那時起，人們不斷提高此系統的效率，創建轉基因小鼠模型，并糾正許多遺傳疾病。體外和體內的結果都預示著臨床上的成功。然而，斯坦福大學的一項新研究給人們潑了一盆冷水，因為人們對Cas9蛋白存在免疫力2。

　　CRISPR的過去

　　許多發明都是無心插柳柳成蔭，CRISPR-Cas9也不例外。1989年，研究生Francisco Mojica出于好奇，發現耐鹽微生物（Haloferax mediterranei）基因組中存在回文重復序列3。這種規律間隔的重復序列不同于任何已知的重復序列家族。

　　很快，研究人員在更多的微生物中鑒定出這些結構，并將其稱之為CRISPR（規律間隔的短回文重復序列）。在噬菌體基因組中觀察到重復序列之后，他們提出CRISPR可能有助于微生物抵御噬菌體。2007年，科學家Rodolphe Barrangou和Philippe Horvath發現這是真的。

　　Barrangou和Horvath的研究表明，細菌基因組容納部分的噬菌體基因組來作為防御機制，以阻止噬菌體對嗜熱鏈球菌的進一步攻擊4。接下來，研究人員一步步闡明CRISPR-Cas9如何在微生物免疫中發揮作用。CRISPR序列基本上來自入侵的噬菌體，保留了對攻擊者的記憶。CRISPR序列之后轉錄稱短的向導RNA（gRNA），而gRNA將Cas9核酸酶引導至匹配的噬菌體DNA上。Cas9切割外源DNA，使其失活。

　　2013年發表的CRISPR-Cas9成果為體外和體內操作基因組引入了一種新方法，激發了人們利用基因療法來治愈疾病的熱情。基因療法已經出現了很多年，但由于靶向基因導入和宿主免疫反應的種種問題，一直難以實現人們的期望。CRISPR-Cas9有望解決大部分問題，但仍不清楚它在臨床上是否有效。

　　CRISPR的現在

　　人體的免疫系統相當復雜，盡管開展了大量研究，但研究人員仍然無法準確預測人體對外來或自身抗原、細胞或微生物的免疫反應。一次又一次的治療失敗，免疫系統都是背后主因：移植物抗宿主病、細胞的免疫排斥，病毒載體的嚴重免疫反應。因此，帶有抗體的患者必須被排除在臨床試驗之外，以避免不良免疫反應，甚至死亡。

　　斯坦福大學的Matthew Porteus對CRISPR-Cas9在人體中是否可行感到很好奇，因為常用的Cas9蛋白來自金黃色葡萄球菌（S. aureus）和化膿性鏈球菌（S. pyogenes），對人類來說是病原體。人類似乎擁有針對這些病原體的免疫力。“沒有人開展這方面的研究，因此我們決定自己來。我們想看看健康的成年人是否有識別Cas9的抗體。”

　　一開始，Porteus的團隊并沒有料到會檢測到免疫反應，因為葡萄球菌和鏈球菌的多個抗原都在表面，而Cas9是細胞內的蛋白。他們采集成年人血液和臍帶血，將其與2種不同的Cas9蛋白混合，并評估抗體的存在。

　　結果讓研究人員十分意外。“事實上，70%的健康成年人都攜帶了兩種Cas9的抗體。這讓我們大開眼界。然后我們想，抗體屬于適應性免疫反應的一部分，那么T細胞又將如何？”Porteus回憶道。

　　為了研究Cas9蛋白是否會刺激血液中不成熟的T細胞發展為輔助性或殺傷性T細胞，研究人員將含有不成熟T細胞的血液與Cas9蛋白混合。新生兒的免疫系統無法產生免疫反應，但金黃色葡萄球菌的Cas9會誘導成年人血液中的T細胞反應。Porteus認為，這個結果為基因治療試驗拋出了一個危險信號，因為Cas9的使用有可能在臨床背景下造成嚴重的炎癥反應和組織死亡。

　　CRISPR的未來

　　“現在還為時尚早，”Porteus說。“我們并不認為這意味著這項技術的熱度會下降，但我們的確認為，它提出了一個值得考慮的問題。”

　　在這種情況下，像以往的臨床試驗那樣排除有免疫力的患者是不可行的，Porteus預計大多數群體對Cas9蛋白都存在免疫力。不過，研究人員肯定不會放棄研究工作，力爭開發出在臨床上有效的基因療法。

　　“我認為人們將會做幾件事：1) 從不感染人類的其他細菌中獲得Cas9系統，2) 研究對金黃色葡萄球菌的免疫反應何時發生，因為此系統適用于兒童，3) 確定蛋白的哪些區域是免疫原性的，”Porteus說。“我認為這是可行的，但也是頗具挑戰性的。人體的免疫系統相當盡職。”

　　Porteus希望，這項工作能夠鼓勵研究人員在考慮技術有效性的同時，考慮免疫反應。“人體的免疫反應一直為基因治療帶來問題，我認為基因組編輯領域也有必要了解這一點。更好地了解它，將幫助人們找出解決方案，”Porteus說。