由卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)和耶魯大學(xué)的科學(xué)家開(kāi)發(fā)的新一代基因編輯系統(tǒng)成功地治愈了活體小鼠的遺傳性血液疾病，過(guò)程僅使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的靜脈治療。與流行的CRISPR基因編輯技術(shù)不同，新技術(shù)可用于活體動(dòng)物，并顯著降低了不必要的、目標(biāo)基因之外的突變發(fā)生。相關(guān)結(jié)果報(bào)道在Nature Communications雜志上，為β-地中海貧血以及鐮狀細(xì)胞病等血液疾病提供了新的治療思路。

優(yōu)于CRISPR，新一代基因編輯技術(shù)治療遺傳性血液疾病

CRISPR基因編輯技術(shù)依賴DNA切割酶在固定位置切開(kāi)DNA，再編輯某個(gè)特定的基因，這就帶來(lái)了雙重問(wèn)題。首先，酶比較大難以在活體動(dòng)物內(nèi)直接管理，所以科學(xué)家們通常要先將細(xì)胞移除至實(shí)驗(yàn)室中操作，然后再把它們放回到體內(nèi)；第二，在細(xì)胞內(nèi)，酶會(huì)任意地切除目標(biāo)位點(diǎn)之外的位置。

而這項(xiàng)研究避免了這些問(wèn)題。新系統(tǒng)依托于當(dāng)前最先進(jìn)的肽核酸（PNA）分子，這是由卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)核酸技術(shù)中心（CNAST）率先開(kāi)發(fā)的合成核苷酸技術(shù)?！拔覀兪褂肍DA批準(zhǔn)的納米粒子開(kāi)發(fā)了一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能將PNA連同捐贈(zèng)DNA一起遞送到活小鼠體內(nèi)，以修復(fù)故障基因?！笨▋?nèi)基·梅隆大學(xué)自然科學(xué)學(xué)院化學(xué)教授Danith Ly說(shuō)。

新系統(tǒng)由包含PNA的生物相容性納米顆粒組成，類(lèi)蛋白骨架中的納米合成小分子與DNA/RNA中的核酸堿基相連。PNA分子主要是用來(lái)打開(kāi)雙鏈DNA，并以一種特殊的方式綁定在目標(biāo)位點(diǎn)附近，更重要的是不會(huì)切割任何其他位點(diǎn)。此外，PNA能很容易地被裝到納米給藥系統(tǒng)中，這種系統(tǒng)已被FDA批準(zhǔn)用于治療人類(lèi)神經(jīng)退行性疾病。

除了在實(shí)驗(yàn)室中利用老鼠和人類(lèi)骨髓干細(xì)胞對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，研究人員還對(duì)β-地中海貧血小鼠模型進(jìn)行納米靜脈注射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)造血干細(xì)胞基因編輯的成功率為7%，且靜脈治療幾個(gè)月后血紅蛋白水平升高。這意味著擁有了一個(gè)顯著的進(jìn)步，因?yàn)閭鹘y(tǒng)基因編輯方法產(chǎn)生的成功率只有0.1。

“效果可能只有7%，但它代表的是療效?！盠y說(shuō)，“在特殊的疾病模型中，不需要很多的校正，也無(wú)需100%地看到表型回歸到正常?！?

新技術(shù)的關(guān)鍵——新型PNA

在這項(xiàng)研究中，Ly等研究人員設(shè)計(jì)了新型PNA，以靶向?qū)е娄碌刂泻Ｘ氀墓收匣?。與耶魯大學(xué)的Peter Glazer團(tuán)隊(duì)合作，Ly團(tuán)隊(duì)在納米粒系統(tǒng)中加入新設(shè)計(jì)的PNA、含有正常功能性血紅蛋白β亞基基因（HBB）的捐贈(zèng)DNA和干細(xì)胞因子（增強(qiáng)基因編輯的能力）。

PNA與DNA中的目標(biāo)位點(diǎn)結(jié)合行成了PNA-DNA-PNA三聯(lián)體，留下一個(gè)替換的DNA鏈。這種復(fù)雜的三聯(lián)體使捐贈(zèng)DNA結(jié)合到有缺陷的DNA位點(diǎn)附近?？偠灾@種方法通過(guò)改變螺旋結(jié)構(gòu)使細(xì)胞利用自身的DNA修復(fù)能力來(lái)糾正出故障的HBB基因。

該研究主要有兩個(gè)顯著的進(jìn)展。第一個(gè)是PNA本身。研究人員利用新一代PNA化學(xué)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)了新型PNA分子——在γ-PNA對(duì)側(cè)鏈上加聚乙二醇基團(tuán)，這種創(chuàng)新使PNA具有水溶性和生物相容性，這意味著它不會(huì)綁到蛋白質(zhì)及其他的生物分子上；另外，聚乙二醇基團(tuán)的特殊立體化學(xué)提前將PNA分子變?yōu)橛沂致菪Y(jié)構(gòu)，從而使PNA分子更容易與DNA結(jié)合。第二個(gè)進(jìn)步在于發(fā)現(xiàn)了干細(xì)胞因子促進(jìn)基因編輯。