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用基因编辑技术治疗遗传病或将变为现实

为了避免基因编辑在生殖细胞(包括改造胚胎、卵子或精子)上造成代代遗传的潜在隐患,科学家们也在不断寻求在人类成体细胞中利用基因编辑技术“修正”治疗遗传病和其他重大疾病的方法。科研人员通过基因编辑技术获得“突变矫正”的自体细胞,以恢复正常的细胞功能,从而实现正常生理功能的重建,达到疾病治疗的效果。

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在各种人类成体细胞中,造血干细胞是备受关注的一种靶细胞。造血干细胞具有自我分化能力,能够进一步分化为血液系统的各种细胞。对其进行基因改造对于治疗多种遗传病,特别是血液疾病,如腺苷脱氨酶缺陷病、血友病、地中海贫血症及镰状细胞贫血症,均有重大意义。

然而,在造血干细胞中实现靶向基因组编辑却仍然是一个难题。而这一难题在2014年5月被来自意大利SanRaffaele科学研究所的研究人员攻破。他们通过加入细胞因子对造血干细胞进行刺激,结合病毒载体和电击转染的实验方案,使得这次研究克服了造血干细胞难以进行同源置换的难题,实现了针对特异DNA序列位点的基因编辑。

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这一研究的靶向基因是IL2RG,该基因是X-连锁重症联合免疫缺陷病(SCID-X1)的致病基因。研究者对造血干细胞的IL2RG基因进行了靶向修正,并在免疫缺陷小鼠体内证实了基因编辑过的造血干细胞可以维持正常的造血并生成了功能性的淋巴细胞。这一研究成果无疑为利用基因编辑治疗遗传缺陷疾病开辟了新的道路。

除了造血干细胞,T细胞的基因改造也是研究者们关注的热点。来自美国加州的科学家们利用CRISPR/Cas9技术成功进行了对人类原代T细胞的基因编辑。在此项研究中,研究者们不仅尝试敲除了T细胞表面HIV病毒的受体CXCR4,使得改造过的T细胞无法被艾滋病毒识别侵染。

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同时,研究者们还通过基因编辑使细胞表面的PD-1受体失活,从而使这些改造过的细胞获得识别攻击癌症细胞的能力,以达到癌症免疫治疗的目的。这一研究不仅为艾滋病和癌症的治疗打开了新的方向,而且为T细胞相关的免疫缺陷症和自身免疫症的治疗也带来了新的希望。

由于血液系统的特殊性,针对血细胞的基因编辑可在体外进行培养改造,再通过移植等方式将改造好的细胞重新回输体内。而人体其他的脏器却很难进行这样的操作。基于此,研究者们也不断尝试开发在体内对细胞进行原位基因编辑的技术。在2015年年底,《科学》杂志同刊报道了3个小组针对杜氏肌营养不良症进行体内基因改造治疗的研究结果。

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3个研究小组的数据都证实,在接受AAV载体介导的基因编辑治疗后,小鼠肌细胞中的dystrophin蛋白表达水平得以升高,其肌肉功能也获得显著的恢复。这是科研界第一次成功使用CRISPR技术对遗传病动物出生后进行的基因治疗,而这一突破可能很快就会带动针对人类的治疗开发。这些实验通过在体内对成体细胞进行基因改造来实现生理功能的重建,能够绕过针对生殖细胞进行遗传修改的部分伦理和安全性问题,虽然在可进行治疗的遗传病选择上有限,但仍具有广阔的应用前景。