基因编辑策略可以更有效地治疗数百种遗传疾病

格莱斯顿的科学家们表示，这种新方法可以治疗大多数患有腓骨肌萎缩症的患者。

　　

近年来发展起来的基因编辑技术为修复导致疾病的基因突变提供了希望。但要应用这些疗法，通常需要针对每种致病突变制定单独的治疗方案——考虑到单个基因可能包含数十种甚至数百种不同的突变，这种方法变得不切实际。

现在，格莱斯顿研究所和加州大学旧金山分校（UCSF）的科学家们已经开发出一种新的策略，可以从细胞中去除基因的突变拷贝或关键部分，同时保持健康拷贝的完整。这种方法可能比针对每种突变进行个体化治疗的效率高20到40倍，这种治疗方法只需要几个变体就能治疗几乎所有患有遗传性疾病的患者。

在发表在《分子疗法》（Molecular Therapy）杂志上的一项新研究中，研究人员使用了他们的方法，称为“单倍型编辑”，来恢复患有CMT （Charcot-Marie-Tooth，一种进行性神经系统疾病，影响了300多万人）患者的神经细胞功能。

“有了这种方法，我们不必为每个病人创造一种全新的、定制的基因编辑疗法，”这项新研究的共同资深作者、格莱斯顿高级研究员布鲁斯·康克林医学博士说。“我们不仅展示了它对沙克-玛丽-图斯病的有效性，还展示了它如何被用于治疗数百或数千种其他遗传疾病。”

从一个突变到多个

大多数基因都有两个拷贝——一个遗传自母亲，另一个遗传自父亲。当某人遗传了一个有缺陷的基因拷贝时，许多遗传疾病就会发生。即使另一个拷贝是健康的，突变的版本也会破坏正常基因的工作能力，就像一种糟糕的成分会破坏整个食谱一样。

CRISPR等基因编辑技术的出现，可以对DNA进行精确的切割和改变，促使许多研究人员尝试开发修复这种致病突变的疗法。但对于包括cmt在内的许多疾病来说，将这种方法推广到患者身上是一项艰巨的任务。

这是因为CMT包括大约160个亚型，这些亚型是由130多个基因的突变引起的。格莱斯顿大学的科学家们研究了一种叫做CMT2E的疾病，它是由单个基因中50多种不同的突变引起的。因此，帮助患者将涉及开发和测试数十种治疗方法，以修复每种可能导致疾病的不同突变。

“如果我们必须为每一个突变创建一个单独的基因编辑疗法，我们需要26种不同的治疗方法来帮助一半的Charcot-Marie-Tooth 2E患者，”UCSF贝尼奥夫儿童医院儿科教授、该研究的共同资深作者卢克·贾奇（Luke Judge）博士说。“我们意识到我们需要一种不同的方法。”

贾奇和他的团队开发的方法在治疗遗传性疾病方面的效率可能是针对每种突变进行个性化治疗的20到40倍。

康克林和贾奇希望利用这样一个事实，即人们可以只拥有许多基因的一个副本，就像你可以拥有一个肾脏一样。但为了去除基因的突变拷贝，留下健康的基因，研究人员必须找到一种方法来区分这两个基因。他们集中研究了分散在人类基因组中的称为单核苷酸多态性（SNPs）的常见遗传变异。

就像遗传的“邮政编码”一样，这些变异是在称为单倍型的DNA块中遗传的。因为人们通常从每个父母那里继承不同的单倍型，这些SNPs可以作为区分突变染色体和健康染色体的独特标记。

科学家们利用CRISPR技术设计了一对分子剪刀，在导致CMT2E的突变基因的两侧切割这些SNPs，删除它们之间的DNA——包括整个基因或关键部分。因为每对剪刀都针对特定的SNPs序列，这种方法选择性地只去除携带疾病突变的染色体拷贝，留下健康的拷贝。

研究小组在两种不同的CMT2E突变患者的干细胞中测试了他们的方法。通过移除两组常见SNPs之间的DNA，研究人员成功地删除了两个患者系中的突变基因。当这些经过编辑的干细胞成熟为运动神经元时——这是一种受疾病影响的脑细胞——科学家们观察到，与携带突变的神经元相比，运动神经元有了显著的改善。

接下来，利用来自1000基因组计划的遗传数据，研究人员表明，只有四种单倍型靶向疗法可能治疗大多数CMT2E患者。

“我们已经将我们的方法应用于其他形式的腓骨肌萎缩症、遗传性心脏病、肌萎缩侧索硬化症和视网膜疾病。”

卢克·贾奇，医学博士

每种疗法针对的是基因两侧的一对不同的SNPs。因为不同的人有不同的SNPs模式，这四种疗法加在一起可以覆盖75%的患者群体——每个患者都与针对突变基因附近SNP的疗法相匹配，而不是他们的健康基因。

康克林解释说：“这种效率来自于我们共同的进化史。人类是一个相对年轻的物种，只有大约150万年的历史，所以来自早期人类的许多SNPs今天仍然很常见。我们实际上是在利用人类进化的天赋。”

接受单倍型编辑治疗的患者需要对他们的DNA进行测序，以确定哪一组SNPs靠近每个突变基因的拷贝。但在这种疗法可以在人类身上进行测试之前，需要在CMT2E小鼠模型中进行更彻底的研究——康克林和贾奇已经开始了这项工作。

该小组还在考虑如何使用单倍型编辑来去除其他具有许多突变的疾病基因，这些突变迄今为止使得标准基因编辑技术难以治疗。

“我们希望我们建立的概念框架能够广泛适用，”同时也是格莱斯顿大学访问科学家的贾奇说。“我们已经将我们的方法应用于其他形式的腓骨肌萎缩症、遗传性心脏病、肌萎缩侧索硬化症和视网膜疾病。”