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CRISPR成长的烦恼?破解CRISPR引发的癌症恐慌

来源:本站原创 2018-07-28 07:32

2018年7月28日/生物谷BIOON/---在仅六年的时间里,CRISPR基因编辑已经历了一系列争议,包括引人注目的专利纠纷和对人类胚胎进行编辑(Nature, 2017, doi:10.1038/nature23305)引发的激烈伦理争论。最近,对这种DNA编辑工具基本安全性的担忧使得人们怀疑它精确地永久性修复遗传病的潜力。

通常,在小鼠或人类细胞系中进行的临床前研究中提出的安全性问题并未获得如此快速和广泛的媒体报道,更不用说公司股票的两位数下降了。但这正是CRISPR领域三大主要参与者---Crispr治疗公司(Crispr Therapeutics)、Editas医学公司(Editas Medicine)和Intellia治疗公司(Intellia Therapeutics)---所面临的反复出现的情景。
CRISPR基因编辑利用酶Cas9(蓝绿色)和向导RNA(紫红色)在这个经过编程的向导RNA确定的位点上切割DNA(绿色)。图片来自MOLEKUUL/Science Source。

最近的事件发生在今年的6月11日,当时发表在Nature Medicine上的两篇论文证实除非蛋白p53受到破坏或缺失,不然两种细胞系经常不受CRISPR基因编辑的影响。鉴于缺乏p53的细胞很容易发生癌变,因此这两篇论文提醒道,在人体治疗中使用经过CRISPR编辑的细胞之前,应该筛选它们是否具有功能性的p53。这三家公司没有开发与这两篇论文中测试的细胞相关的疗法,但是一旦新闻报道将癌症与CRISPR关联起来,这三家公司总共就损失了数亿美元。

Intellia治疗公司创新科学高级副总裁Thomas Barnes说,“对我而言,这两篇论文本质上是一个技术性的警示故事”,但是在新闻报道中,“我读到的内容是'CRISP导致癌症'。”

Intellia治疗公司董事会成员、阿特拉斯风险投资公司(Atlas Venture)合伙人Jean-François Formela说,“市场对此作出的反应与25年前对基因治疗作出的反应差不多。”

对于任何导致DNA断裂的疗法来说,癌症一直是一个潜在的关注点,而将首次在人体中进行测试的传统形式的CRISPR就会导致DNA断裂。一种被称为Cas9的酶在向导RNA(gRNA)确定的特定位点上切割DNA双链螺旋。科学家们设计gRNA旨在最大限度地减少脱靶切割和不想要的切割,但总是存在可能发生额外切割的风险。“一次脱靶切割并不等于癌症。”但随着脱靶切割的数量在增加,破坏重要的抗癌基因(如p53基因)的几率也在增加。

在第一篇论文中,来自瑞典卡罗林斯卡研究所的Bernhard Schmierer及其同事们注意到相比于实验室培养的正常人细胞,CRISPR基因编辑在癌细胞中更频繁地发挥作用。Schmierer说,“这一发现或多或少具有偶然性。”

为了解释其中的原因,Schmierer团队研究了通常在人眼中发现的细胞,即视网膜色素上皮细胞,不过这些细胞经基因改造后发生永生化,这是一种在实验室研究中让细胞无限制增殖的常见做法。这些研究人员发现除非这些细胞缺乏功能性的p53,不然CRISPR在对它们进行编辑时表现比较糟糕(Nature Medicine, doi:10.1038/s41591-018-0049-z)。

蛋白p53以其在启动断裂基因的DNA修复中的作用而广为人所知,这让它获得了“基因组卫士”的绰号。Schmierer推断鉴于p53阻止CRISPR在他的团队使用的大部分细胞中高效地发挥作用,科学家们可能会在他们的实验和治疗中无意中地使用了经过基因编辑的但缺乏p53的细胞。虽然这并不意味着癌症会产生,但它看起来非常像一颗滴答作响的定时炸弹。

在第二篇论文中,美国诺华公司的Ajamete Kaykas及其领导的一个团队研究得出了关于p53的相同结论,不过这次是在人多能性干细胞中取得的(Nature Medicine, doi: 10.1038/s41591-018-0050-6)。Kaykas拒绝就这些结果对在其他细胞类型中进行CRISPR基因编辑意味着什么发表评论,但他表示诺华公司当前尚未利用多能性干细胞开展任何基于CRISPR的疗法。

其他人也在淡化这些研究结果的重要性。Intellia治疗公司的Barnes说,“我们不会在这些细胞上开展这方面的研究,因此故事到此结束。”Crispr治疗公司首席执行官Sam Kulkarni对此表示赞同。他说,“我想不出这会与如今的应用相关,但是在未来,它可能是这样子的。”

有些人对仅根据这个快速发展的领域的两篇论文作出结论感到担心。在美国加州大学伯克利分校研究CRISPR的Jacob Corn说,“我们一直都在寻找导致癌症产生的可能性。”到目前为止,他还没有发现任何这方面的暗示,而且他认为这两篇新的论文并不是对治疗的警示。他自己的实验室已观察到在具有功能性p53的细胞中进行了高效地编辑,而在缺乏p53的细胞中进行了较差地编辑---这刚好与这两篇论文的结果相反。“因此,p53可作为一种预测因子,但是它很可能并不是唯一的预测因子。DNA修复是比较复杂的。”

就这一点而言,Kulkarni已习惯了对CRISPR安全问题的短暂炒作。“我们每六个月左右就会遇见一次这样的炒作。”

故事开始于2017年5月,当时一篇发表在Nature Methods期刊上的论文提出Cas9在实验室小鼠的整个基因组中进行了无关的切割,这意味着CRISPR远没有许多人声称的那样精确(Nature Methods, 2017, doi:10.1038/nmeth.4293)。几个月后,Editas医学公司、Intellia治疗公司和几位科研机构的科学家利用他们自己的论文进行反击,质疑这篇论文中的结果。随着又有其他的报告指出所谓的脱靶切割实际上是由于这些小鼠的自然遗传变异(bioRxiv, 2018, doi: 10.1101/154450),今年3月30日,这篇论文被撤回了。

今年1月,美国斯坦福大学干细胞生物学家Matthew Porteus在预印本服务器bioRxiv上发表了一篇论文,指出一些人可能事先就存在针对源自细菌的Cas9的免疫力(bioRxiv, 2018, doi:10.1101/243345)。该论文导致媒体报道这提示着CRISPR可能不适用于人类,因此CRISPR相关公司的股票可能是毫无价值的。

同样地,这些CRISPR相关公司指出它们开展的实验有所不同。比如,Intellia治疗公司的最先进程序将利用CRISPR对肝细胞中的基因进行编辑。免疫系统将Cas9识别为外来物并对整个肝脏发起快速致命的攻击是非常糟糕的情形。Barnes说,“你可以列出理论上存在的问题”,但是Intellia治疗公司已经在小鼠、大鼠和非人类灵长类动物身上开展过这样的实验。他说,“这根本不会发生。”

Sangamo治疗公司(Sangamo Therapeutics)是一家使用一种不同的被称作锌指核酸酶(zinc finger nuclease, ZFN)的基因编辑系统的公司,也目睹它的股票在癌症恐慌新闻中下降。该公司首席执行官Sandy Macrae说,“我们与CRISPR在不好的事情上捆绑在一起,但是当CRISPR方面的好新闻出现时,我们很少捆绑在一起。”

与CRISPR一样,锌指核酸酶基因编辑会在DNA中产生双链断裂。Sangamo治疗公司已在104名感染上HIV病毒的人体内进行了锌指核酸酶测试,而且最近在4名患上亨特综合征(Hunter syndrome)的人体内进行了测试。到目前为止,没有任何不良影响的迹象出现。

Macrae说,“至少在最初阶段,基因组编辑仅当疾病负担与这种迄今为止仍不清除的风险相平衡时才能开展。”对诸如HIV感染或癌症之类的严重疾病而言,人们可能很难区分疾病的自然进展或治疗的意外副作用。

CRISPR恐慌可能远未结束。斯坦福大学的Porteus说,“如今肯定有一种学术和新闻上的动机存在以至于这一过程很可能在未来重复发生。”比如,利用CRISPR开展的未受到监管的临床试验正在中国进行,并且Crispr治疗公司计划在美国开展的临床试验已被美国食品药物管理局(FDA)在未给出任何解释的情形下暂时推迟。公众担心对生殖细胞系进行的基因编辑会将基因变化传递给后代---这也是基因编辑公司坚决反对的---可能继续让CRISPR成为一个争议的主题。

随着这三家CRISPR相关公司利用CRISPR开展的首批临床试验在明年推出,它们也将面临着严格的审查。

阿特拉斯风险投资公司(Atlas Venture)的Formela说,“很多这些常人难以理解的、仍有待验证的与假设相关的论文可能让人们兴奋24小时。但是最终真正重要的是临床数据。”(生物谷 Bioon.com)

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参考文献:
Hong Ma, Nuria Marti-Gutierrez, Sang-Wook Park et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos. Nature, 24 August 2017, 548:413–419, doi:10.1038/nature23305.

Emma Haapaniemi, Sandeep Botla, Jenna Persson et al. CRISPR–Cas9 genome editing induces a p53-mediated DNA damage response. Nature Medicine, 24:927–930 (2018), doi:10.1038/10.1038/s41591-018-0049-z

Robert J. Ihry, Kathleen A. Worringer, Max R. Salick et al. p53 inhibits CRISPR–Cas9 engineering in human pluripotent stem cells. Nature Medicine, 24:939–946 (2018), doi:10.1038/s41591-018-0050-6

Kellie A Schaefer, Wen-Hsuan Wu, Diana F Colgan et al. Unexpected mutations after CRISPR–Cas9 editing in vivo. Nature Methods, 14:547–548 (2017), doi:10.1038/nmeth.4293

Kellie A. Schaefer, Benjamin W. Darbro, Diana F. Colgan et al. Corrigendum and follow-up: Whole genome sequencing of multiple CRISPR-edited mouse lines suggests no excess mutations. bioRxiv, 2018, doi:10.1101/154450

Carsten Trevor Charlesworth, Priyanka S Deshpande, Daniel P Dever et al. Identification of Pre-Existing Adaptive Immunity to Cas9 Proteins in Humans. bioRxiv, 2018, doi:10.1101/243345


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