缅怀霍金，基因编辑揭示ALS发病机理——巨星陨落，探索精神永不熄灭

昨天，著名的物理学家史蒂芬·霍金在家中辞世，享年76岁。这位著名的科学家在21岁时就被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症(Amytrophic Lateral Sclerosis，ALS)，并与轮椅伴随一生。这种罕见病的发病机理至今不明，而日前，来自斯坦福大学(Stanford University)的研究人员在Nature Genetics杂志发表了他们对ALS的最新研究成果，利用最新的基因编辑技术CRISPR/ Cas9筛选出一组在疾病发展过程中能够加速神经元死亡的基因，揭示了ALS可能的发病机理。

斯蒂芬·威廉·霍金 (图片来自网络)

ALS又被称为“渐冻人症”，是一种能够导致四肢、躯干、胸腹部肌肉逐渐无力和萎缩的渐进式神经退行性疾病。患者从刚开始的疲劳无力发展到后期的吞咽困难、呼吸衰竭，现上市治疗ALS的药物如下图所示。

目前ALS的病因尚不明确，相关假说包括蛋白累积致死神经元细胞，神经生长因子缺乏等，但有研究认为很多都与遗传和基因缺陷有关。文章中提到，在约40%的ALS遗传患者和25%的FTD遗传患者中，疾病引起的C9ORF72基因突变导致额外的DNA序列插入，称为六核苷酸重复序列(hexanucleotide repeat)。这些重复序列产生潜在的毒性RNA和蛋白质分子，能够杀死神经元进而导致ALS患者运动困难和瘫痪，以及FTD患者的语言问题。

研究人员先是在小鼠神经元细胞中完成了二级CRISPR/ Cas9筛选方法验证。随后利用CRISPR/ Cas9技术的全基因组基因敲除筛选(genome-wide gene-knockout screens)方法，逐个敲除人类白血病细胞的特定基因。通过测试细胞是否能够在C9ORF72的二肽重复毒性蛋白(dipeptide-repeat, DPR)暴露下存活，来评价这些基因对毒性抵抗的作用。任何能够延长细胞存活或者加速细胞死亡的基因都被认为将对DPR的毒性产生影响。随后研究人员又在小鼠脑细胞中再次证实了这一结果，总共有200多个基因能够帮助神经元在DPR毒性作用下存活。

这些潜在影响DPR毒性的基因功能包括核质运输、内质网、蛋白酶体、RNA处理途径和染色体修饰等。其中一个叫做TMX2的基因，研究人员发现当敲除该基因后，从ALS患者的皮肤细胞中提取的神经细胞比正常情况下活得更久，说明可以深入研究针对ALS的新疗法。研究人员推测下调细胞中的TMX2基因能够促进“生存蛋白”的产生，保护细胞免受DPR毒性。

之前的研究往往需要几个月的时间来寻找候选基因，并且只能在酵母、蠕虫或苍蝇基因组上开展实验。有了CRISPR技术，研究人员只需要大约两周的时间来完成对人类基因组的全面探索。研究结果表明，这种更快更全面的方法也可被用于其他神经疾病的机理研究。

对ALS疾病机理的探索只是人类努力战胜无数疾病的一个缩影，在其他神经疾病领域，在癌症领域，在基因细胞等新疗法领域都在取得进展。巨星虽然陨落，但他让我们铭记的不仅仅是在宇宙黑洞理论等方面的突出贡献，更是其疾病在身却探索不辍的精神。哲学家康德说“头顶的星空和道德律使我们心生敬畏”，但这种敬畏从来没有阻止我们对一切未知的探索。正是这种探索精神，让人类从蛮荒走向文明，从地球飞向太空，也终让我们战胜一个又一个疾病。让我们向霍金，向人类的探索精神致敬！

参考文章：

CRISPR Screen Identifies Genetic Modifiers of ALS

Stanford researchers uncover mechanistic details of ALS using CRISPR