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前沿新知 | 基因編輯技術開發(fā)現(xiàn)狀和未來應用前景

  • 2021-05-26 08:49
  • 作者:郝世超
  • 來源:中國食品藥品網(wǎng)

2021年1月,博雅輯因針對輸血依賴型β地中海貧血的CRISPR/Cas9基因編輯療法產(chǎn)品ET-01的臨床試驗申請(IND)獲國家藥監(jiān)局藥品審評中心批準。ET-01療法成為我國首個獲批開展臨床試驗的基因編輯療法產(chǎn)品和造血干細胞產(chǎn)品。


定義及分類


基因編輯是指對目標基因進行刪除、替換、插入等操作,以獲得新的功能或表型?;蚓庉嬍巧t(yī)學領域的革命性技術,基因編輯技術的開發(fā)及應用使得生物體的遺傳改造進入了前所未有的深度與廣度,其臨床轉(zhuǎn)化也正在全球范圍內(nèi)高速推進?;蚓庉嫾夹g主要可分為ZFN技術、TALEN技術、CRISPR/Cas技術及RNA編輯技術。


基因編輯技術定義及分類


鋅指核酸酶技術(Zinc Finger Nucleases,ZFNs)被稱為第一代基因編輯技術。ZFNs技術的優(yōu)勢為基因修復方式多樣、精準更換基因、對基因表達強度影響較小。ZFNs技術自問世至今因?qū)@怄i無大規(guī)模應用,且無突破性進展。


轉(zhuǎn)錄激活子樣效應子介導核酸酶技術(TALE Nucleases,TALENs),作為ZFNs技術的一種替代物迅速出現(xiàn),TALENs技術用于基因組編輯和引入靶向DSBs。對于相同的靶點,TALENs有著與ZFNs相同的切割效率,但是毒性通常比ZFNs低,并且其構(gòu)建也比ZFNs容易。


Cas9核酸內(nèi)切酶相關的成簇的規(guī)律間隔的短回文重復序列(CRISPR-Cas9)技術是第三代基因編輯技術。CRISPR/Cas系統(tǒng)原本是細菌和古菌進化出來用于抵御外來病毒及質(zhì)粒DNA的適應性免疫系統(tǒng),目前研究最多、進展最快、應用最廣的是第二大類中的II型(CRISPR/Cas9)。CRISPR-Cas9被Nature列為2013年年度十大科技進展之一。與ZFNs技術和TALENs技術相比,CRISPR系統(tǒng)是輕量級的基因編輯系統(tǒng),并且CRISPR/Cas9的設計簡單、成本低,對于相同的靶點,CRISPR/Cas9有相當甚至更好的靶向效率。


此外還有RNA編輯技術。DNA編輯是對遺傳信息永久的改變,因此DNA編輯必須既安全又有效地進行。相比之下,RNA堿基編輯是可逆的,且編輯效果與劑量有關。RNA編輯技術提供了修復突變的新方法,正逐漸成為基因編輯技術重要的組成部分。


基因編輯技術識別模式


基因編輯技術在問世20年后尚未在臨床上規(guī)模化應用,原因在于ZFNs技術受專利封鎖,而TALENs技術和CRISPR/Cas9技術出現(xiàn)時間較短。雖然當下TALENs在臨床上應用更廣泛,但CRISPR/Cas9優(yōu)勢更突出,其系統(tǒng)設計簡便、可實現(xiàn)多基因編輯。由于CRISPR/Cas9問世時間較短,評估其臨床應用風險需要時日,但在未來CRISPR/Cas9切割元件的優(yōu)化趨勢下,以CRISPR/Cas9為代表的CRISPR技術或?qū)⒅鲗Щ蚓庉嫾夹g的未來。


參數(shù)對比


應用潛力


基因編輯技術在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)及醫(yī)學領域有廣闊的應用空間,在技術的持續(xù)拓展及延伸下,基因編輯技術將帶來巨大的社會價值與經(jīng)濟價值。


在畜牧業(yè)/農(nóng)業(yè)等生物技術領域,基因組編輯技術可以用來改良動植物品種,提供高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、安全的食品。


在疾病防治和精準醫(yī)療等醫(yī)學領域,基因編輯技術當前主要被用于尚無有效治療方法、嚴重威脅生命的疾病。同時,基因編輯技術有望為近6,000種尚無有效治療方法的人類遺傳疾病帶來治療方法,乃至治愈希望。


基因編輯技術應用前景價值鏈


臨床探索


基因編輯療法是基因編輯技術的治療模式,以期積極地改變患有嚴重威脅生命疾病的患者的生活。大多數(shù)基因編輯療法專注于單基因罕見病和腫瘤免疫治療方面的應用,但學術界已開始拓展更廣泛的應用領域。


CRISPR/Cas技術在基因編輯的臨床數(shù)量增加,基因編輯技術相關的臨床試驗正在推動包括眼疾、遺傳性疾病及腫瘤在內(nèi)的多個治療領域的發(fā)展。例如,Sangamo Therapeutics開發(fā)的ST-400和BIVV003(臨床I/II期)通過編輯BCL11A來增強胎兒血紅蛋白;Editas Medicine和Allergan開發(fā)的EDIT-101(臨床I/II期)使用CRISPR–Cas9來剪切Leber先天性黑蒙癥10型(LCA10)失明患者的一部分突變CEP290,從而迫使機體產(chǎn)生功能蛋白,達到恢復視力的效果。


基因編輯療法即將騰飛1


結(jié)合基因編輯療法的特點,在梳理基因編輯療法在研/已上市的管線后可見,基于基因編輯技術的體外療法目前主要在鐮刀型細胞貧血癥(SCD)與β地中海貧血疾病領域,ZFN技術與CRISPR技術也均有涉及,目前處于臨床研究階段。


基因編輯療法即將騰飛2


邊界與紅線


國際共識認為,基因編輯絕不能用于生殖目的。2020年,專家學者在NIH發(fā)布《Experts Conclude Heritable Human Genome Editing Not Ready for Clinical Applications》,要求國際暫停人類遺傳性或種系基因組編輯的臨床用途。


2021年3月16日,國家衛(wèi)生健康委官網(wǎng)就《涉及人的生命科學和醫(yī)學研究倫理審查辦法(征求意見稿)》公開征求意見,其中指出,所有涉及人的生命科學和醫(yī)學研究活動,均應當接受倫理審查。除此前規(guī)定的醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu),高等學校、科研院所等開展涉及人的生命科學和醫(yī)學研究倫理審查工作也納入應當接受倫理審查范圍中。(頭豹研究院 郝世超)


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(責任編輯:劉思慧)

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