發(fā)布日期：2019-04-22

　　本周，最新一期《科學(xué)》子刊《Science Translational Medicine》的封面論文向我們講述了關(guān)于基因療法的一項(xiàng)最新進(jìn)展——來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院和費(fèi)城兒童醫(yī)院的一支團(tuán)隊(duì)成功修復(fù)了小鼠的一種致命基因突變。令人贊嘆的是，在修復(fù)突變時(shí)，這些小鼠甚至還沒(méi)有誕生！

▲本研究登上了最新一期《Science Translational Medicine》的封面（圖片來(lái)源：EO TRUEBLOOD/THE CHILDREN‘S HOSPITAL OF PHILADELPHIA）

　　具體來(lái)看，研究人員們所針對(duì)的是一種先天性遺傳疾病——表面活性蛋白缺乏癥（surfactant protein deficiency）。作為一類(lèi)脂蛋白，表面活性蛋白能夠減少肺部表面的張力，對(duì)于肺的正常功能具有重要的作用。但一些罕見(jiàn)的情況下，嬰兒體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)基因突變，讓表面活性蛋白出現(xiàn)缺陷。在母體中，嬰兒尚可以通過(guò)胎盤(pán)獲得氧氣。但在出生后，需要自主呼吸的患兒由于肺部功能不足，往往會(huì)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)快速出現(xiàn)呼吸衰竭，導(dǎo)致死亡。目前，我們對(duì)于這種疾病幾乎無(wú)能為力。想要挽救這些嬰兒的生命，我們必須在他們誕生前，就矯正胚胎的致命基因突變。

　　而本項(xiàng)研究則對(duì)“胚胎基因療法”的可行性進(jìn)行了檢驗(yàn)。“我們想要知道這種策略是否可行，”本研究的負(fù)責(zé)人之一，賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授Edward E。 Morrisey說(shuō)道：“這里的關(guān)鍵是如何指導(dǎo)基因編輯系統(tǒng)靶向呼吸道和肺部的細(xì)胞。”

▲這套基因編輯系統(tǒng)的示意圖（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

　　為此，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種CRISPR基因編輯熒光報(bào)告系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行測(cè)試。在小鼠模型中，他們首先將這一系統(tǒng)注射入妊娠晚期母鼠的羊水中。按設(shè)想，隨著胚胎的呼吸動(dòng)作，這些系統(tǒng)也能進(jìn)入小鼠胚胎即將成型的呼吸道和肺部，進(jìn)行基因編輯。而倘若基因編輯成功，我們就能在這些位點(diǎn)觀察到熒光。

　　他們成功了。顯微鏡下，研究人員們清楚地看到了基因編輯帶來(lái)了綠色熒光，表明這套系統(tǒng)的確可以在子宮內(nèi)對(duì)胚胎進(jìn)行基因編輯。更可喜的是，這些基因編輯結(jié)果看似可以長(zhǎng)期維持。具體來(lái)看，得到基因編輯的細(xì)胞里，很多屬于2型肺泡細(xì)胞，它們正是產(chǎn)生表面活性蛋白的關(guān)鍵細(xì)胞。

▲研究人員們?cè)诜尾靠吹搅祟A(yù)示基因編輯成功的綠色熒光（圖片來(lái)源：Penn Medicine）

　　在這一技術(shù)的初步框架搭建完畢后，研究人員們決定測(cè)試其修復(fù)小鼠基因突變的能力。他們使用了一種特殊的小鼠模型，其體內(nèi)帶有一條突變的SFTPC基因（會(huì)導(dǎo)致表面活性蛋白出現(xiàn)異常），另一條則是正常的野生型SFTPC基因。隨后，這些小鼠胚胎被分為3組，一組不接受任何治療，一組接受對(duì)照基因編輯（只表達(dá)綠色熒光蛋白），另一組則在表達(dá)綠色熒光蛋白的同時(shí)，還能讓突變的SFTPC基因失活。研究人員們期望通過(guò)這種基因編輯，讓小鼠胚胎不再產(chǎn)出異常的表面活性蛋白，從而重塑肺部的生理形態(tài)，讓其恢復(fù)健康。

　　研究發(fā)現(xiàn)，不接受治療，或僅僅接受對(duì)照治療的小鼠胚胎，在動(dòng)物出生的6個(gè)小時(shí)后全部死亡。而接受了基因編輯治療的小鼠胚胎，在24小時(shí)后依舊有8%的幼鼠存活。在出生后的第七天，總存活率依舊為5.7%。由于這些小鼠隨后被用作肺部的解剖分析，研究人員們并未獲得更長(zhǎng)期的存活數(shù)據(jù)。但從肺部結(jié)構(gòu)來(lái)看，形態(tài)學(xué)上也得到了改善。

▲相較對(duì)照（綠色與紫色），接受基因編輯治療的小鼠（紅色）生存率有所改善（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

　　“能夠通過(guò)基因編輯技術(shù)，在妊娠中期到晚期，在不可逆轉(zhuǎn)的病理癥狀出現(xiàn)之前就對(duì)疾病進(jìn)行治愈或者緩解，是一件令人興奮的事情！”本研究的另一位負(fù)責(zé)人，費(fèi)城兒童醫(yī)院的William H。 Peranteau教授說(shuō)道：“這對(duì)于肺部疾病來(lái)說(shuō)尤其如此。肺部功能在出生時(shí)有更為重要的作用。”

　　一些評(píng)論指出，這項(xiàng)研究有望避免對(duì)胚胎進(jìn)行基因編輯的倫理爭(zhēng)議——在小鼠實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行基因編輯的時(shí)間是出生前4天，相當(dāng)于人類(lèi)懷孕的28周后。此時(shí)的胎兒已可算做比較極端的早產(chǎn)兒，從而避免了對(duì)人類(lèi)胚胎進(jìn)行編輯所產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。此外，這種基因編輯理論上也不會(huì)改變生殖細(xì)胞。

　　但研究人員們也指出，在規(guī)避一些重要倫理爭(zhēng)議的同時(shí)，它也會(huì)帶來(lái)一些全新的風(fēng)險(xiǎn)。譬如對(duì)出生后個(gè)體進(jìn)行基因編輯，至少不會(huì)影響到母體。而懷孕期間的基因編輯，其對(duì)母親的潛在影響尚且未知。此外，在另一組對(duì)照中，接受了基因編輯的野生型小鼠，在出生后7天只有25%的生存率，從而可能限制它的應(yīng)用。

　　總結(jié)來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究是基因編輯療法的一次良好嘗試，且從概念上驗(yàn)證了在妊娠期間對(duì)胚胎進(jìn)行基因編輯的可行性。這對(duì)于那些罹患致命先天性遺傳病的胎兒來(lái)說(shuō)，可能打開(kāi)了一扇治療的新窗口。當(dāng)然，從小鼠實(shí)驗(yàn)到最終應(yīng)用于人體，我們還有很長(zhǎng)的路要走。

來(lái)源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯