距离一对生物学家发现 CRISPR（一种能让科学家相对轻松地编辑 DNA 的基因编辑技术）已近十年。去年，这两位科学家——詹妮弗·杜德纳 (Jennifer Doudna) 和埃马纽埃尔·沙尔庞捷 (Emmanuelle Charpentier)——因其工作获得了诺贝尔奖。自发现以来，世界各地的科学家一直在研究该方法如何用于治疗从镰状细胞贫血症到艾滋病的各种疾病。
到目前为止，科学家们一直通过移除人体内的一些细胞，并在实验室中对这些细胞应用基因编辑技术来治疗疾病。例如，对于红细胞畸形且功能失常的镰状细胞贫血症，医生会移除造血干细胞（这些细胞最终会发育成红细胞和其他血细胞）。然后，他们将基因编辑技术应用于这些细胞，以修复导致有缺陷血细胞的基因缺陷，并将细胞重新植入体内。
但在过去的几年里，研究人员一直在尝试一种新策略：将 DNA 编辑技术直接注射到血液中。这种方法有几个优势，包括能够更轻松、更低成本地治疗更广泛的疾病。与此同时，一些研究人员也在观望，并指出这种新方法存在风险，包括错误地编辑健康基因而又没有好的方法来阻止它。
塔夫茨大学生物医学工程副教授 Qiaobing Xu 表示：“我认为我们绝对需要对任何新技术保持谨慎。”同时，他也表示，应该“愿意推动技术向前发展。”
CRISPR 技术正在快速发展
上个月发表在《新英格兰医学杂志》上的一项针对六名患者的小型研究中，研究人员试图用一种将 CRISPR 直接递送到肝脏细胞的新技术来治疗一种罕见的遗传性疾病——转甲状腺素淀粉样变性。转甲状腺素淀粉样变性会导致一种有缺陷的蛋白质（淀粉样蛋白）在体内积聚，从而导致进行性神经损伤，在许多情况下还会导致心力衰竭。症状可能在二十多岁时就开始出现，该疾病通常在症状出现后 7 到 12 年内致命。伦敦大学学院皇家自由医院的医学教授、该研究的首席作者 Julian Gillmore 表示：“这确实是一种可怕的疾病。”
这项研究是名为 NTLA-2001 的药物早期临床试验的第一部分，该药物将 CRISPR 技术包装在一种称为脂质纳米颗粒的微小团块中。这些容器将基因编辑技术运送到肝脏，肝脏是几乎所有转甲状腺素（有缺陷的蛋白质）产生的地方。在那里，CRISPR 技术开始纠正有缺陷的细胞，直到肝脏产生正确版本的转甲状腺素。
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该研究的主要目标是检查治疗的安全性，但是，由于过量的淀粉样蛋白会导致与疾病相关的症状，因此在实验性试验中看到的任何症状减轻都表明治疗正在起作用。研究参与者被分为两组：三名接受低剂量 CRISPR 脂质纳米颗粒的患者，三名接受稍高剂量的患者。对于接受低剂量的患者，有缺陷的肝细胞数量减少了约一半，而接受较高剂量的患者，有缺陷的细胞减少了近 90%。
研究仍在进行中；研究人员将继续测试更高的药物剂量，以确定哪种剂量最安全有效。他们还将跟踪所有参与者接受治疗后两年的随访，以观察任何长期影响，例如由于意外基因改变可能引起的癌症或其他遗传疾病。这些影响是 CRISPR 的一个特别关注的问题。要了解原因，了解这项技术的工作原理会很有帮助。
盲目尝试
CRISPR 是“规律间隔成簇短回文重复序列”的缩写。细菌的基因中含有短的、重复的基因序列。在这些片段之间，细菌储存了先前感染过该生物体的病毒的基因序列。通过保留入侵微生物的片段，被感染的细菌可以“记住”并通过切割病毒的基因来攻击再次攻击的病毒。一种称为 Cas-9（Cas 代表“CRISPR 相关”）的蛋白质负责切割入侵病毒的遗传物质。在研究该系统时，杜德纳和沙尔庞捷意识到，通过改变蛋白质使用的生物“向导”，他们可以让 Cas-9 蛋白质在基因组中任何他们想要的位置切割 DNA，从而使任何基因失活或插入新基因。
尽管基因编辑在 CRISPR 之前就已经存在，但这项新技术更容易实现，而且与早期技术相比，成本也低得多。但它也有局限性。内华达个性化医学研究所执行主任、内华达大学生命科学教授 Martin Schiller（他没有参与这项研究）表示，CRISPR 技术可以“容忍非精确序列”。这意味着它可能产生所谓的脱靶效应——它可能会编辑与该技术旨在纠正的有缺陷基因近似但并非完全相同的序列。Schiller 说，这可能带来严重后果。例如，基因突变可能错误地指示细胞不受控制地分裂，从而导致癌症。
这种潜在的危害使这项新技术的主要优势之一变得复杂，即它能够使 CRISPR 触及所有或大部分肝细胞。Xu 说，目前没有其他方法可以使用 CRISPR 来治疗肝脏疾病。虽然可以在体外编辑肝细胞，但医生无法移除人体的肝脏来以这种方式编辑每个细胞，而且只编辑一些细胞也不能有效地治疗疾病。Xu 说，一直有一些关于在体外编辑肝脏干细胞的研究，这将影响所有肝脏细胞，但这将更加昂贵，而且可能很难收集到足够的细胞。另一方面，Schiller 说，当科学家在体外使用 CRISPR 时，他们可以对基因组进行测序以检测任何未经编辑的编辑。但当编辑发生在体内时，他们无从得知是否出了问题。
该研究的研究人员确实采取了预防措施以避免脱靶效应。在对人体肝细胞进行临床前测试时，他们使用计算机程序识别了可能被 CRISPR 错误靶向的区域。他们发现所有这些区域都位于基因组的非编码区域——据科学家们所知，这些 DNA 序列没有任何作用。即便如此，当他们在实验室培养皿中的人体肝细胞样本中检查这些区域时，也没有发现任何脱靶效应。
这项研究的首席作者 Gillmore 对此发现感到放心。但并非所有人都确信这项技术总是不会产生后果。Schiller 指出，这项研究规模很小，因此几乎不可能知道，例如，一名参与者在两年后患上癌症是与试验有关还是本来就会发生。“这就像是盲人摸象，”他说。“我们不知道会发生什么。”
CRISPR 的未来
这项新进展是在科学家们探索 CRISPR 新治疗用途近十年之后出现的。2019 年，CRISPR 首次在一名患有镰状细胞病的女性身上进行了试验，去年，科学家首次将 CRISPR 直接注射到人体内——注射到眼睛中，以测试一种罕见的导致失明的遗传性疾病的治疗方法。一项涉及 CRISPR 的艾滋病治疗方案在小鼠试验中似乎也取得了成功，尽管尚未在人体上进行试验。目前正在测试一些利用 CRISPR 来修饰免疫细胞以更好地攻击癌症的免疫疗法。
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Gillmore 和未参与该研究的 Tuft 大学的 Xu 认为新技术是一项突破，尽管他们承认基因编辑总是存在风险，但他们认为未来可能会将其应用于影响肝脏细胞的其他疾病。Intellia Therapeutics，这家牵头开发 NTLA-2001 并与制药公司 Regeneron 一起资助该试验的生物技术公司，已经创建了该药物的一个改良版本，用于治疗遗传性血管性水肿（一种导致皮肤下自发性严重肿胀发作的遗传性疾病），并希望尽快在人体上进行试验。与转甲状腺素淀粉样变性一样，这种药物将进入肝脏细胞，靶向一种影响缓激肽蛋白（导致肿胀）过度产生的基因。
但 Schiller 对新方法的潜力仍有一些疑虑。由于 CRISPR 可能产生有害的脱靶效应，他认为未来它不会像在这项研究中那样被广泛使用。相反，他怀疑 CRISPR 将主要继续用于体外基因编辑。他还认为，另一种脱靶编辑风险较低的基因编辑方法 TALEN 在治疗疾病方面更具前景，尽管这种方法使用起来更困难、更昂贵，但他认为可能更安全。
尽管如此，三位专家都同意，基因编辑将在未来的医学中发挥关键作用。Xu 在自己的研究中，致力于开发可以使用与这项研究相同的脂质纳米颗粒将基因疗法递送到不同器官（而不仅仅是肝脏）的技术。他希望这项新的进展之后，将出现能够靶向其他器官的技术。他还看到了 CRISPR 治疗其他可能具有遗传成分的不治之症，如亨廷顿舞蹈病和阿尔茨海默病的前景。
他说：“如果我们能用 CRISPR 治疗这些疾病，它将真正为社会带来巨大的福祉。”
