張鋒：個體基因差異影響基因編輯“有效性”

　　上個月，基因編輯領域迎來了歷史性的一刻！一名患有亨特氏綜合征的患者在美國接受了一次大膽的治療：體內基因編輯。此次治療旨在通過鋅指核酸酶（ZFN）基因組編輯技術，將正確的基因插入到肝細胞基因組中的特定位點。這是世界上首次通過體內基因編輯治療遺傳疾病。

　　那么，推廣體內基因編輯用于治療人類疾病真的容易實現嗎？很遺憾，答案是否定的。

圖片來源：PNAS

　　個體基因差異影響基因編輯有效性

　　12月11日，最新發表在PNAS雜志上的這篇論文為此提出了“警告”。該研究發現，人與人之間的基因差異可能會削弱基因編輯的有效性，在某些情況下，還會導致十分危險的脫靶效應（"off target" effect，即，編輯了預想之外的基因）。

　　具體來說，該研究分析了7,444份先前發表的全基因組序列。基于約30個與疾病相關的DNA靶點，科學家們制造出了近3,000種向導RNA（guide RNAs，gRNAs，包含一段與目標DNA匹配的序列，就像“信封上的地址”，帶領Cas9酶到目標DNA上需要被切割的位置）。隨后，他們調查了是否7,444位個體中的任何一人在gRNAs靶向的區域攜帶了突變。

　　論文的共同通訊作者Matthew Canver認為，如果在CRISPR系統靶向的位點中出現了遺傳差異，那么，治療的療效可能會降低，甚至致使治療失敗。

　　研究中，科學家們發現，基因組中的這種“事件”并不少見。大約50%被分析的gRNAs有可能受到其目標位點上突變的影響。在一些案例中，研究小組發現，如果基因組DNA序列中的基因突變使得其更匹配某個gRNA，這可能會使該gRNA結合到錯誤的位置，導致“脫靶效應”。

　　Canver說：“如果這種脫靶效應發生在一個腫瘤抑制基因上，那就是個大問題了。”他強調，隨著這些基因編輯技術不斷發展，走向臨床，確保每一種治療對患者來說是‘量身定制’的非常重要。

　　論文的共同通訊作者Stuart Orkin博士表示，人類的DNA序列各不相同。他們建議，在設計用于治療的基因編輯靶向系統時，應考慮到個體基因組本身的差異，以最大化這類治療的功效，及最小化它們潛在的安全隱患。

　　張鋒等已提出相似觀點

　　看到這項新成果時，讓人不禁想到張鋒等今年7月31日在Nature Medicine發表的一篇論文。在這一研究中，張鋒及其研究小組成員David Scott率先提出，人類DNA中的天然差異可能會通過阻礙Cas9酶作用于正確的基因目標，從而削弱CRISPR技術精準編輯人類基因組的能力。

　　研究中，科學家們分析了來自Exome Aggregation Consortium和1000 Genomes的數據，結果發現，個體DNA差異極大影響了gRNA導向的內切酶的效力（efficacy of RNA-guided endonucleases，如Cas9）。

　　同時，作者們調查了12個與疾病相關的基因的gRNAs。結果顯示，這些gRNAs脫靶位點的數量從0到一萬以上不等，具體取決于相關基因的基因組特性（genomic idiosyncracies）。

　　張鋒認為，這些分析表明，候選患者的全基因組測序將對最小化gRNA失敗的可能性（這種失敗是由目標位點的基因變異引起的）起到幫助。同時，他還指出，對基于CRISPR-Cas9的療法的早期研究和相關臨床試驗來說，全基因組測序數據可以用來排除那些遺傳組成會潛在降低療效或增加脫靶編輯可能性的患者。

　　此外，包括GUIDE-seq、CIRCLE-seq等在內的一些篩選策略應該被用于尋找針對特定疾病的、最好的gRNA與內切酶組合（guide RNA–enzyme combination）。

　　哈佛大學遺傳學“大牛”George Church表示，遺傳變異可能會導致兩種潛在的問題：第一，無法編輯目標DNA；第二，編輯了錯誤的位點。出現第二個問題的話，會更難解決。對此，張鋒等強調，全基因組測序將對“匹配患者遺傳變異與最有效的gRNA”至關重要。