CRISPR-Cas9

基因治疗法

CRISPR-Cas9，一种基因治疗法，这种方法能够通过DNA剪接技术治疗多种疾病。

研制经过

盖茨投资了生物医药公司EditasMedicine，这家公司开发出了一种名为CRISPR-Cas9的基因治疗法，这种方法能够通过DNA剪接技术治疗多种疾病，不过尚未进入人体试验阶段。

2016年7月21日，世界上最有名望的科学杂志之一《自然》杂志官网发出重磅消息：2016年8月，中国科学家有望开展全球首个CRISPR-Cas9基因编辑临床试验，利用CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除基因再回输入患者体内用以治疗肺癌，试验将由四川大学华西医院肿瘤学家卢铀教授及其研究小组进行，这一临床试验已于2016年7月6日通过了医院审查委员会的伦理审批。

T淋巴细胞本身应是人体内抗肿瘤的“斗士”，但因各种原因，导致免疫耐受，不能有效地杀伤肿瘤细胞。卢铀团队即将进行的临床试验，就是将受试者体内的免疫T细胞分离出来，利用CRISPR-Cas9技术进行基因编辑，选择性地敲除细胞基因中一种编码PD-1蛋白的基因，从而将T细胞潜在的对肿瘤细胞的攻击能力“激活”。在体外进行T细胞培养扩增后，再输回患者体内，用T细胞去攻击肿瘤细胞，达到预期的治疗目的。

2017年3月，英国《自然·通讯》杂志发表一项遗传学重要研究成果，一种基因组编辑方法能够阻止小鼠视网膜退化，利用CRISPR-Cas9系统可拯救失明小鼠。该方法可适用于导致色素性视网膜炎（失明的主要原因）的各种潜在遗传缺陷。

色素性视网膜炎无法医治、不易觉察，对患者眼睛造成极大危害而且具有遗传性。该病特征就是视网膜退化，但由于色素性视网膜炎可能由60多种基因的突变引起，因此，想要制定针对性疗法来修复每一个具体的基因是非常困难的。视网膜上包括视杆细胞和视锥细胞，而引起色素性视网膜炎的基因突变，首先会导致视杆细胞死亡，继而引起视锥细胞死亡，最终导致患者失明。

美国国家眼科研究所研究人员吴志健（音译）及同事此次并没有去治疗引起基因突变的疾病，而是测试了一种保留视锥细胞的方法。他们使用了生物医学领域最炙手可热的“明星”技术——CRISPR/Cas9系统，从而使决定视杆细胞身份的基因丧失功能，诱导视杆细胞获得视锥细胞特征，使之能够不受有害致病突变的影响。

实验结果显示，在3个视网膜退化小鼠模型中（总计有30只小鼠），该疗法可以阻止视网膜退化并改善视觉。

该项研究表明，该方法可能适合用来治疗视网膜退化疾病，并且可能适用性广泛，不受不同潜在遗传突变的影响。

主要功能

CRISPR-Cas9是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御，可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。而CRISPR-Cas9基因编辑技术，则是对靶向基因进行特定DNA修饰的技术，这项技术也是用于基因编辑中前沿的方法。以CRISPR-Cas9基础的基因编辑技术在一系列基因治疗的应用领域都展现出极大的应用前景，例如血液病、肿瘤和其他遗传疾病。该技术成果已应用于人类细胞、斑马鱼、小鼠以及细菌的基因组精确修饰。

主要原理

（a）编码Cas9蛋白和sgRNA的基因被导入一个细胞中，按计划改变其目标基因。sgRNA具有与所选基因组目标序列互补的区域（紫色）；该区域可设计为包括任何所需序列。由CRISPR sgRNA和Cas9蛋白组成的复合物在细胞内形成，并与DNA中选定的靶位点结合。结合复合物的结构如（b）所示。

（a）中左侧显示的路径中，Cas9蛋白中的两个核酸酶活性位点分别切割靶序列中的两条链［一个核酸酶活性位点作用于一条链］，产生双链断裂。双链断裂通常通过非同源末端连接来修复，这通常会删除或改变连接发生部位的核苷酸。

或者，如（a）中右侧所示，Cas9如果有一个核酸酶位点失活，则会在靶序列中产生单链断裂。在存在与目标序列相同但包含所需序列变化（红色显示的片段）的重组供体DNA片段的情况下，同源DNA重组有时会改变断裂部位的序列，以匹配供体DNA的序列。

专利授权

2014年4月15日，获得了美国专利与商标局关于CRISPR的第一个专利授权。专利权限包括在真核细胞或者任何细胞有细胞核的物种中使用CRISPR。这意味着拥有在除细菌之外的所有生物，包括老鼠、猪和人身上使用CRISPR的权力。