基因编辑治疗致命性遗传疾病再获新进展，碱基编辑策略成未来趋势丨医麦新观察
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2021年1月9日/医麦客新闻 eMedClub News/--一直以来，无论是出于对衰老相关疾病的治疗需要，还是对延长寿命的美好期望，科学界对于对抗衰老的研究尤为感兴趣，尤其衰老是许多疾病的主要风险因素，包括心脏病、癌症和阿尔茨海默氏症等。
早衰治疗的突破
早衰症（Progeria），也称为Hutchinson-Gilford早衰综合症（Hutchinson-Gilford progeria syndrome，HGPS，儿童早衰症），是一种罕见的致命性遗传疾病，由核纤层蛋白A（LMNA）基因的突变引起，该基因中的一个DNA碱基C改变为T（C-G——T-A），这种改变会增加毒性蛋白质progerin（早衰蛋白）的产生，从而导致快速老化过程。
大约400万儿童中就有1人在出生后两年内被诊断患有早衰症，可导致儿童极度的过早衰老，显著缩短他们的预期寿命；并且几乎所有这些儿童在儿童期和青春期都会出现与老年相关的健康问题，包括心血管疾病（心脏病和中风），脱发，骨骼问题，皮下脂肪减少和皮肤变硬，一直以来，针对该病症都没有有效的治疗方法。
2020年11月，衰症治疗研究迎来一项里程碑，美国FDA批准了首个早衰治疗药物lonafarnib（Zokinvy），用于减少HGPS患者的死亡风险，以及治疗患有特定早老样核纤层蛋白病的1-2岁患者，这一药物治疗可以延长寿命，但不能治愈。
基因编辑策略对抗早衰屡现潜力
在其中一篇题为“Single-dose CRISPR–Cas9 therapy extends lifespan of mice with Hutchinson–Gilford progeria syndrome”的研究论文中，研究人员开发的一项基于AAV9递送CRISPR/Cas9的策略，有效的减少了LMNA（编码核纤层蛋白A的基因）突变引起的毒性progerin（早衰蛋白）的积累，成功使早衰症小鼠的寿命延长约25%。
近日，基因编辑技术治疗早衰又迎来了另一项重大突破。
2021年1月6日，一项由哈佛大学Broad研究所的David R. Liu（刘如谦）团队、美国国立卫生研究院下属的国家人类基因组研究所（NHGRI）的Jonathan D. Brown团队、以及Vanderbilt大学医学中心Jonathan D. Brown团队合作的研究在线发表于Nature杂志上，题为“In vivo base editing rescues Hutchinson–Gilford progeria syndrome in mice”。
该研究描述了使用单碱基基因编辑工具——腺嘌呤碱基编辑器 (ABE)直接纠正源自早衰症儿童的成纤维细胞和HGPS小鼠模型中的致病性HGPS突变，并且未检测到脱靶编辑。
腺嘌呤碱基编辑器 (ABE)是刘如谦教授团队开发的一种单碱基基因编辑工具，于2017年10月25日发表在Nature上。它可以将A-T碱基对转换成G-C碱基对。加之该团队在2016年开发出的世界首个CRISPR-Cas9单碱基编辑器（CBE）可将C-G碱基对转换成T-A 碱基对的成果，研究人员目前已经实现了不依赖于DNA断裂而能够将DNA四种碱基A、T、G、C进行替换的单碱基基因编辑技术。
刘如谦教授表示：“ CRISPR编辑虽然具有革命性意义，但仍无法在多种细胞中进行精确的DNA改变。我们开发的碱基编辑技术就像文字处理器中的查找和替换功能。在将一个碱基对转换为另一个碱基对方面非常有效，我们认为这对治疗早衰等疾病非常有效。”
在此次发表的这项研究中，研究人员使用了ABE碱基编辑技术，在不破坏DNA的情况下，用一个DNA碱基替换另一个DNA碱基，以研究改变这种突变可能如何影响小鼠中类似的早衰症状。
NHGRI医学基因组学和代谢遗传学分部高级研究员，NIH主任以及这篇论文的通讯作者Francis S. Collins博士表示：“这一毁灭性疾病对患病儿童及其家庭造成的损失不可低估。而几乎所有受该疾病影响的儿童都由一个特定的突变导致，这一事实使我们意识到，我们可能有办法解决其根本原因。”
为了测试这一碱基编辑方法的有效性，该团队最初与Progeria研究基金会合作，在实验室中对来自早衰患儿的成纤维细胞递送了ABE（慢病毒递送），从而编辑其LMNA基因，结果显示在87％至91％的细胞中定点校正了这一突变。
这一结果为研究早衰儿童的新疗法和治愈方法提供了令人兴奋的新途径。
基于此，研究人员进一步在纯合的转基因早衰小鼠模型（C57BL/6-tg(LMNA*G608G)HClns/J）中测试了这一基因编辑策略，选用AAV9递送ABE，通过单次眶后注射。结果显示，该基因编辑器成功地恢复了包括心脏和主动脉在内的各种器官中大量细胞的LMNA基因的正常DNA序列。
治疗后六个月，小鼠的多数细胞类型仍保持正确的DNA序列。在主动脉中，结果甚至比预期的要好，因为编辑后的细胞似乎已经取代了携带早衰突变并因早期恶化而退化的细胞。最引人注目的是，在出生后第14天单次注射AAV9-ABE可以改善活力，并且经过治疗的小鼠的寿命从七个月增加到将近1.5年。该研究中使用的小鼠的平均正常寿命为两年。
总的来说，这些研究证明了，通过直接纠正根本原因，体内碱基编辑策略作为HGPS和其他遗传疾病的潜在治疗方法极具潜力。Jonathan D. Brown博士表示：“我们的最终目标是为人类开发这种系统，但在这些系统中，还有一些额外的关键问题需要我们首先解决。”在《自然》杂志同时刊发的评论文章中，相关专家对这项研究成果也给与了积极的评价之余，也强调了安全的重要性。
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碱基编辑——基因编辑技术的未来
碱基编辑器主要可分为DNA编辑器和RNA碱基编辑器。DNA碱基编辑能够对基因组进行不可逆的、永久的改变，而RNA碱基编辑则对细胞遗传物质进行可逆修改或RNA表观转录修饰。
DNA碱基编辑器主要包括刘如谦教授的CBE和ABE系统，同时也随着技术的不断深入而更新迭代，例如CBE已经经过了4个版本的优化（BE4），此外，无RNA的DddA衍生型胞嘧啶碱基编辑器（DdCBE）、能够编码单个TadA域的ABE8e、以及能实现C-A和C-G改变的糖基化酶碱基编辑器（Glycosylase Base Editors，GBE）等其他DNA编辑器也在进一步被开发。
另一位在CRISPR基因编辑领域极富盛名的华人科学家张锋，则相对集中在RNA碱基编辑系统，主要包括REPAIR、RESCUE等。张锋教授和刘如谦教授还合作创立的了碱基编辑公司Beam Therapeutics，已经于2020年在纳斯达克上市。
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➤ 双碱基编辑已经到来
为进一步追求更高的编辑效率和更宽的编辑窗口，以及填补单碱基编辑器只能催化单一类型碱基变化等局限性，双碱基编辑的策略也开始被探索。
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