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迎接CRISPR 2.0时代:新一波基因编辑器开始进入临床试验

来源:生物世界 2023-12-11 10:27

2023年12月9日,CRISPR基因编辑领域迎来里程碑时刻,美国FDA批准了CRISPR-Cas9基因编辑疗法 Casgevy(exa-cel)上市,用于治疗12岁及以上伴有复发性血管闭塞

2023年12月9日,CRISPR基因编辑领域迎来里程碑时刻,美国FDA批准了CRISPR-Cas9基因编辑疗法 Casgevy(exa-cel)上市,用于治疗12岁及以上伴有复发性血管闭塞危象的镰状细胞病(SCD)患者。

首个CRISPR基因编辑疗法获得里程碑式的批准,为基于更高效、更精确的下一代基因组编辑器的治疗铺平了道路。

许多基于CRISPR-Cas9的疗法正在进行临床试验,用于治疗包括遗传疾病和癌症在内的多种疾病。CRISPR-Cas9被认为是CRISPR 1.0,它开创了基因编辑新时代,但其局限性也非常明显。近年来开发的一系列基于CRISPR的新型基因编辑器,正在克服这些限制,实现更精准、更全面的基因编辑。

碱基编辑(Base editing)

基因组编辑提供了纠正引起囊性纤维化的基因突变的机会,这种突变会影响肺部和消化系统。但对于这种情况,经典的CRISPR-Cas9基因编辑却无能为力,因为CRISPR-Cas9更擅长的是破坏基因,而不是修复

2016年,刘如谦(David Liu)团队在 Nature 期刊发表论文,开发出了碱基编辑器(Base Editor),碱基编辑依赖于CRISPR-Cas9系统中的Cas9核酸酶,只是其使用的DNA切割活性丧失的Cas9(dCas9),不会造成DNA双链断裂(DSB),将dCas9和TadA(腺嘌呤脱氨酶)融合,实现对基因组点突变的定点修复。

自碱基编辑首次被报道以来,研究人员已经开发出了降低脱靶效应,以及缩小其组件大小的新版本,以便更容易地将其递送到细胞中。目前,碱基编辑疗法已经被用于早期临床试验,包括治疗高胆固醇血症和白血病

值得一提的是,Verve 公司开发的碱基编辑临床试验VERVE-101,近日被 Nature Medicine 评选为2024年改变医学的11项临床试验之一。这是全球首个体内碱基编辑的人类临床试验,其通过单次给药,在肝脏中灭活PCSK9基因表达,以持久降低导致疾病的LDL胆固醇(LDL-C)水平。VERVE-101的成分是编码腺嘌呤碱基编辑器(ABE)的mRNA和gRNA,它们被包装在脂质纳米颗粒(LNP)中,并通过静脉注射进行递送。

但需要指出的是,碱基编辑技术的高精度是以降低灵活性为代价的,它只能用于改变某些DNA序列,而不能实现在基因组中插入大片段DNA序列。

先导编辑(Prime editing)

2019年,刘如谦(David Liu)团队在 Nature 期刊发表论文,开发了一种新型精准基因编辑工具——先导编辑器(Prime Editor),其无需依赖DNA模板便可有效实现所有12种单碱基的自由转换,而且还能有效实现多碱基的精准插入与删除,该工具“原则上可以修复75000种已知致病性人类遗传变异的89%“。

相比碱基编辑,先导编辑更为灵活,它可以定位和纠正基因组中的几乎任何位点,但它也更复杂,因此,它的潜力很大,但在实际应用中也面临一些挑战。

据悉,Prime Medicine(刘如谦等人创立)公司计划在2024年向FDA进行首个临床试验申报,启动治疗慢性肉芽肿病(CGD)的的先导编辑疗法临床试验,这是一种X染色体连锁隐性遗传疾病,由于编码细胞色素b的qp91-phox亚单位基因突变引起,患者反复发生全身各部位的化脓性感染,严重者会发生败血症而危及生命。

与此同时,包括刘如谦在内的研究人员正在推动xian d先导编辑技术的发展,设计将越来越大的DNA片段插入基因组中目标位点的方法,这为开发替换整个基因的疗法打开了大门。例如囊性纤维化,该疾病由CFTR基因突变导致,而该基因上超过700个不同突变位点均可导致发表,与其针对每种突变设计不同的疗法,或许使用先导编辑直接替换整个基因是更好的选择。

表观基因组编辑(Epigenome editing)

除了改变基因本身的序列之外,CRISPR系统还可以通过改变“表观基因组”来调控基因的表达方式,包括对DNA进行的一系列化学修饰,这些化学修饰可以影响基因表达活性。

早在2013年,亓磊(Lei Stanley Qi)首次证实DNA切割活性丧失的Cas9(dCas9)可用于靶向DNA序列并调控基因表达,这项研究为碱基编辑和表观基因组编辑奠定了基础。

但目前表观基因组的编辑技术还没有像碱基编辑那样得到快速发展。部分原因是科学家们认为表观基因组编辑后会随着分裂而被消除。但有研究人员指出,这其实是一个常见的误解,表观基因组编辑的效果是可以非常持久的。

今年5月份,表观基因编辑疗法开发公司 Tune Therapeutics 展示了一项临床前实验数据,在非人类灵长类动物中关闭了PCSK9基因,而没有改变DNA序列本身,他们LNP递送的表观遗传编辑工具靶向PCSK9基因并增加其DNA甲基化,关闭其表达,进而降低坏胆固醇(低密度脂蛋白胆固醇)水平,这一效果至少持续了11个月。持久的效果可能会使表观基因组编辑比一些基于RNA的药物更具优势,例如siRNA,这些药物必须每隔几周或几个月重新给药。此外,表观基因组编辑疗法不涉及改变DNA,这有助于缓解了监管机构对CRISPR-Cas9基因编辑疗法的安全性担忧。

与基于CRISPR-Cas9的基因编辑疗法相比,表观基因组编辑还相差很远,但监管机构对CRISPR基因编辑疗法的首次批准,显然奖大大推动其他基于CRISPR的疗法的发展。

 

亓磊表示,CRISPR疗法的获批将增加人们对表观基因组编辑的兴趣,获批是个大事件,在那之后,我想我们将进入快车道。

 

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