回顾近期的“CRISPR 危机”

日期: 2018年01月19日


    

导读:近期,BioRxiv 网站上的一份论文掀起了一场新的“ CRISPR 危机”:论文指出,许多人体内含有针对 Cas9 蛋白的抗体和免疫细胞。这意味着 CRISPR-Cas9 基因治疗可能对这些人无效,甚至容易造成危险的副作用——在 CRISPR 疗法愈发接近临床试验阶段的当下,后者尤其令人担忧。赛业小编为您推荐“回顾近期的‘CRISPR 危机’”,详情如下:

  

CRISPR 危机
图片来源: Time Magazine


1 月 5 日,发布在 BioRxiv 网站上的一份预印本(preprint)论文掀起了一场新的“ CRISPR 危机”:论文指出,许多人体内含有针对 Cas9 蛋白(CRISPR 基因编辑系统中负责 DNA 剪切的重要组分)的抗体和免疫细胞。这意味着 CRISPR-Cas9 基因治疗可能对这些人无效,甚至容易造成危险的副作用——在 CRISPR 疗法愈发接近临床试验阶段的当下,后者尤其令人担忧。


这篇未经同行评议的论文一经发布就吸引了来自学界、业界和媒体的目光。据报道,目前在纽约纳斯达克上市的几家基因编辑公司——Editas Medicine (张锋为 scientific advisory board)、Intellia Therapeutics(Jennifer Doudna 为联合创始人之一)、CRISPR Therapeutics (Emmanuelle Charpentier 为联合创始人之一)的股价均在这篇论文公布后出现明显波动,Editas 和 Intellia 的股价一度下跌超过 10%。

  

Intellia 的股价在论文发表后的第一个工作日(1 月 8 日)出现了明显的下跌
Intellia 的股价在论文发表后的第一个工作日(1 月 8 日)出现了明显的下跌


继专利之争、脱靶危机后,这项当下最为炙手可热的基因编辑技术再起波澜。然而在大呼“要完”之前,我们需要冷静客观地看待这项短短几天内就影响了多家知名基因编辑公司的新发现。


掀起风波的论文


首先,让我们来看一看这篇论文出自谁手:斯坦福大学的马修·波蒂厄斯博士(Matthew Porteus)是该论文的通讯作者,同时他也是 CRISPR Therapeutics 公司——由 Emmanuelle Charpentier 创立的、探索 CRISPR 疗法最著名的公司之一——的科学创始人(Scientific founder)和顾问委员会成员(Advisory board member)。

  

CRISPR Therapeutics 公司官网的马修·波蒂厄斯博士(Matthew Porteus)简介
CRISPR Therapeutics 公司官网的马修·波蒂厄斯博士(Matthew Porteus)简介。


波蒂厄斯本人正在研究一种基于 CRISPR 的镰状细胞贫血症疗法,根据 STAT 对他的采访,波蒂厄斯同意这项新研究不应该阻止 CRISPR 疗法的发展。但他说,他和他的同事们研究免疫系统的问题是因为他觉得人们对 CRISPR 的溢美之词太盛导致这些问题被忽略了。


“和其他的任何新技术一样,你得发现潜在的问题并找出对应的解决方案,” 波蒂厄斯说,“我认为这就是我们现在的处境,这是一个亟待解决的问题。”


那么,论文本身的内容究竟是否可靠呢?要知道这毕竟是一篇未经过同行评议的 BioRxiv 论文。BioRxiv 生物预印本平台于 2014 年由美国冷泉港实验室启动,旨在将成为生物学家专有的预印本文献库。但目前生物学研究发布的主流仍然是传统的、具备至少 1 次同行专家评审的科学期刊,因此我们必须明白未经同行评审的论文究竟代表着什么。


近年来,随着研究人员在细胞和动物模型中对一系列致病突变进行了修正,CRISPR 声名大噪。科学家们希望能在人类身上取得同样的效果。CRISPR 基因编辑技术包含许多不同的类型,但最著名的是 CRISPR-Cas9 系统,它包括切割 DNA 使其能够被编辑的 Cas9 蛋白质。而该蛋白来自于细菌。


在这篇 BioRxiv 论文中,研究人员检测了针对两种最常见的 Cas9 蛋白的免疫信号,一类 Cas9 蛋白来自金黄色葡萄球菌(S. aureus),被简称为 SaCas9;另一类 Cas9 蛋白来自化脓性链球菌(S. pyogenes),被称为 SpCas9。在 22 个新生儿和 12 个成年人的血液样本中,有 79% 被试者体内存在 SaCas9 抗体,65% 的人体内存在 SpCas9 抗体。

  

来自化脓链球菌的 CRISPR-Cas9 基因编辑复合体
来自化脓链球菌的 CRISPR-Cas9 基因编辑复合体。图片来源:STAT news


然后,研究人员搜寻了可能对 Cas9 进行攻击的免疫细胞—— T 细胞。他们发现,大约有一半被试者的 T 细胞可以特异性地针对 SaCas9 蛋白,因此如果免疫细胞检测到细胞表面存在这种蛋白质,他们就会发动免疫反应来消灭它。研究人员并没有检测到抗 SpCas9 的 T 细胞,但他们认为这种细胞可能仍然存在。


专家认为这并不奇怪,很多被试者都有抗体和 T 细胞抵抗 Cas9 蛋白。这仅仅意味着这些人过去接触过表达 Cas9 蛋白的细菌。另外还有研究发现,在任何特定的时间,都有 40% 的人被金黄色葡萄球菌“殖民”,20% 的儿童体内有化脓性链球菌。这些细菌只偶尔会引起疾病。


一位基因编辑业界内的青年专家在接受我们的采访时表示,他个人认为这篇论文中的实验设计和获得的结果是严谨且具有说服力的,但仍然有必要经过正规的同行评议过程。而波蒂厄斯——论文的通讯作者本人对 STAT 的记者表示,他们已经将论文提交给了某个需要同行评议的学术期刊。


美国 Innovative 遗传学研究所的科学通讯专员、曾在 Jennifer Doudna 的实验室工作过的 Kevin Doxzen 博士这样回应了我们的问题:“我们应该带着批判性的眼光去审视 BioRxiv 上发布的论文(实际上我们应该用这种批判性精神看待任何研究论文,不论它刊登在什么平台或期刊上)。同时也应该意识到,预印本论文的作者实际上还会继续进行更多的实验从而完善他们的研究,因此我们应该对此事保持独立的判断能力。”


应该怎么办?


那么,现在有办法避免免疫反应的发生吗?如果 CRISPR 复合物在细胞从病人体内取出后再进行编辑,也就是所谓的体外基因编辑,或者对独立于免疫系统的部位进行编辑,比如眼睛,那么抗体和 T 细胞可能无法检测到 Cas9 蛋白。即使在体内进行的基因疗法中,即 CRISPR 复合物被运送到病人的细胞内时,也要看使用的是哪种运送方式,以及 Cas9 蛋白是否会表达在发生基因编辑的细胞表面。


另一种可能的修复方法是在 CRISPR 剪切复合体中使用不同的蛋白质或酶,避免选择来自常见细菌的蛋白质。如果人们以前没有接触过该细菌蛋白,那么他们就不会有特定的抗体或 T 细胞攻击这种蛋白质——比如来自嗜热脂肪土芽孢杆菌(Geobacillus stearothermophilus)的 Cas9 蛋白。


据报道, CRISPR Therapeutics 公司和他们的合伙人美国福泰制药(Vertex Pharmaceuticals)将于 2018 年开始针对地中海贫血在欧洲开展 CRISPR-Cas9 的临床试验。那么,这篇论文对 CRISPR 疗法的未来意味着什么呢?


波蒂厄斯说,很多事情都有待研究,目前还不清楚免疫反应会有多严重以及它是否会引发危险的炎症性攻击,或者只是让治疗无效。他和他的团队决定将这篇论文发布在 BioRxiv 上,就是希望广大的 CRISPR 研究人员们能从现在就开始考虑可能面对的免疫系统挑战。


为了警示尽早提问和研究免疫难关的严重性,波蒂厄斯提到了发生于 1999 年的悲剧事件。一名患者在接受基因治疗后,激发免疫系统而死亡,很可能是因为他体内含有用于治疗的病毒的抗体。这例失败直接导致基因疗法的发展停滞了多年。(目前如果患者体内有与基因治疗匹配的病毒的抗体,通常不会纳入临床试验研究。)“我不愿看到这个领域因为我们没有注意到这个潜在的问题而遭遇重大挫折,” 波蒂厄斯表示。“我们应该从中吸取教训。”


佛罗里达大学基因治疗专家罗兰·赫尔佐格(Roland Herzog)认为,大肆宣传 CRISPR 意味着,这项疗法面临的免疫问题没有得到足够的重视。“我怀疑这个领域还没有充分意识到这个问题,”他说。“这并不是说 CRISPR 完了,”他补充说,“但这个领域需要重视这一点,这是他们需要解决的潜在问题。”


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