Nature：利用基因编辑技术治疗人类胚胎先天性心脏病

2017-08-26 12:01:47基因谷

一个细微的基因点位缺失、重复、错误，就可以让人患上各种各样的遗传病。目前已经确定超过1万种单基因遗传疾病，影响着全球数百万人的健康。其中包括常染色体显性突变，遗传缺陷基因的单一拷贝等就能够产生临床症状。主要基因突变如BRCA1和BRCA2表现为迟发性成人疾病，与乳腺癌和卵巢癌的高风险性相关，而MYBPC3基因突变引起肥厚性心肌病HCM。因为它们延迟发病机制，这些突变可以逃避自然选择通常会遗传给下一代。因此，在特定人群的突变率非常高。例如，在印度人口中，MYBPC3突变频率范围在2%-8%；在犹太人中BRCA1 和 BRCA2的突变频率超过2%。

肥厚性心肌病HCM是一种常见的单基因遗传病，由MYBPC3基因突变引起，平均每500人就有一人患病，通常不会在年幼时发病，因此带有这个遗传性疾病的基因并没有因为物竞天择而消失，常发病于中年人以及年轻运动员。因此，美国研究人员以HCM为研究对象，利用基因编辑技术测试这种方法是否能够将遗传性疾病基因进行靶向修正。

该研究以正常卵子，及带有疾病基因的精子进行体外人工受精，并分别于受精前和精子一起注射、受精后18小时注射基因编辑过的CRISPR-Cas9。当注射后，CRISPR-Cas9能够辨认出疾病基因，并将该疾病基因剪切成DNA双链断裂(DSBs)，再由细胞本身的DNA修复机制对DNA进行修复。

研究发现受精后注射，因为受精卵已经开始进行细胞分裂，所以无法有效修复胚胎内所有的疾病基因细胞，使胚胎内含有不同基因组的细胞，如下图蓝色是正常细胞，褐色是还有疾病基因的细胞，杂合体细胞是没有完全修复的细胞，成功被修复的比例约66.7%。

而受精前将正常卵子，带有疾病基因的精子，CRISPR-Cas9 和正常基因片段一起注射，研究发现所有的胚胎都进行了基因修复，其中72.4%的胚胎修复成功，剩下的胚胎能够正确辨认出疾病基因位置，但修复失败了。

同时研究发现，基因修正过程中，胚胎会使用本身的DNA进行修复，而非研究人员加入的DNA片段，即在胚胎发育初期，胚胎利用来源于卵子的正常基因进行修正，而不使用外来的基因片段，这和他们一开始的预期不同。

为了检验CRISPR-Cas9 在修复疾病基因的同时产生不必要的脱靶效应，研究团队进行了胚胎全基因组测序，发现在所有修复后的细胞里面，完全没有这种现象发生，表明利用CRISPR-Cas9对MYBPC3基因修复的可行性与稳定性大大提高。

综上所述，在人类胚胎中利用CRISPR–Cas9技术校正杂合型MYBPC3突变，通过激活内源特异生殖细胞DNA修复机制具有靶向精确性和较高的目标导向同源修复效率。在突变的父亲等位基因诱导双链断裂(DSBs)能够被母亲表达正常的相应基因所修改。在诱导双链断裂(DSBs)后，通过调节细胞周期阶段，利用表达正常的MYBPC3基因，能够避免产生杂合型胚胎，获得纯合型胚胎，并且证明没有脱靶突变效应。这种方法的高效、准确和安全性表明，可以通过植入前基因诊断用于修改人类胚胎的遗传突变。然而，这项技术在临床应用前仍需考虑许多问题，如与其他杂合型突变再生等。