全球首个大型动物研究证实：基因疗法有望根治肌萎缩
谁都希望自己的宝宝健健康康，但有些时候，偏偏会发生一些事与愿违的意外。遗传病就是这样的例子。看起来健康的夫妇二人，生下的宝宝却会出现奇怪的症状。直到做了基因检测才发现，宝宝是得了先天性遗传病。
在诸多遗传病里，杜氏肌营养不良大概是最为人所熟知的疾病之一。全世界范围内，大约有30万名儿童正饱受这种疾病的困扰，其中绝大多数是男孩。这是因为导致杜氏肌营养不良的基因dystrophin位于X染色体上，而男性基因组里又只有一条X染色体。因此一旦这个基因发生突变，就会导致疾病的产生。
▲本研究发表在了《科学》上，并得到了同期《科学》杂志的专题报道（图片来源：《科学》）
今天的顶尖学术期刊《科学》上，刊发了一项重量级的文章。来自德克萨斯大学西南医学中心的Eric Olson教授团队证实，利用CRISPR基因编辑技术，我们有望治疗，甚至是根治杜氏肌营养不良。这一设想已在大型动物中得到了验证。CRISPR技术的领军人物之一Jennifer Doudna教授在听到这则报道后表示“自己难以控制兴奋之情”。
那么，这项如此引人关注的突破，究竟是怎么完成的呢？这要从dystrophin基因的结构说起。在人体内，dystrophin是最大的基因之一，由79个独立的编码区域（外显子）组成。这就像是一幅巨大的拼图，每一块拼板都需要放对位置。一旦其中的某一块拼板出现突变，就可能会影响到整体的结构，最终影响基因功能。
▲这条基因的结构有点像拼图，需要每一块拼板的正确拼接（图片来源：Pixabay）
据统计，在杜氏肌营养不良患者里，第45号到第50号拼板间，很容易出现突变，这大概占了总体患者比例的13%。这些突变会让第51块拼板显得格格不入，怎么放都别扭。最后，细胞一怒之下，索性不去完成这幅拼图。这就导致了患者体内的关键蛋白缺失，引起症状。
了解了致病机理后，研究人员们开发出了一种新的方法。既然第51号拼板形状特殊，是个“刺头”，那我们直接跳过它，把52号拼板接上来，会发生怎样的结果呢？可喜的是，第52块拼板看上去是一个“百搭”，哪怕中间缺了几块，它也能和之前的拼板较好地融合。
▲美国FDA批准的Exondys 51，利用的就是“剔除刺头”的方法（图片来源：Sarepta Therapeutics）
那有人就问了，强行把52号拼板和其他拼板结合在一块儿，难道不会出事吗？许多研究表明这样的担心是多余的。的确，这样的做法会让dystrophin蛋白的成品里少掉几块拼板，但这总比没有强。而且，截短的蛋白，看起来功能也没有受到什么影响。基于这个原理，新药研发人员们已经开发出了一种叫做Exondys 51（eteplirsen）的疗法，并在2016年得到了美国FDA的加速批准，来到了患者身边。
说了这么多，故事看起来已经有了一个圆满的结尾，但我们还没有介绍这篇《科学》上的研究呢！回到eteplirsen这个疗法。尽管它能帮助患者重新产生dystrophin蛋白，但它的疗效究竟有多好，却一直是个讨论的热点。美国科学促进会（AAAS，也是《科学》杂志的主办者）在一篇报道中指出，在新型疗法的作用下，患者体内的dystrophin表达水平，大概只有正常水平的1%。它究竟能取得多好的疗效，也就因人而异了。
▲本研究的设计（图片来源：《科学》）
而这正是本篇《科学》论文的突破所在。首先，研究人员们选择了犬类模型，这些动物的dystrophin基因第50号拼板出现了突变。随后，研究人员们利用CRISPR基因编辑技术，在第51号拼板前切开了个小口子。而细胞为了修复这个小口子，会产生一系列潜在的效应。它有可能让第51号拼板的边缘变得顺滑，让它与第49号拼板顺利连接；也有可能让第51号拼板出现问题，使细胞在合成蛋白时也跳过它，而把49号拼板与52号拼板直接连在一起。
不管结局是哪一种，研究人员们都相信，这可以恢复dystrophin蛋白的生产。
而为了让身体里数十亿的肌肉细胞都能经过CRISPR的改造，研究人员们进一步使用了腺相关病毒（AAV）递送技术，把这套基因改造的系统送往全身各处。随后，他们使用免疫荧光技术，观察dystrophin蛋白的表达情况。荧光越强，就说明蛋白合成得越多。
▲野生型（左）、突变型（中）、以及治疗组（右）的蛋白表达水平（图片来源：《科学》）
在所观察的两只实验组小狗中，研究人员们欣喜地发现，显微镜下，是一片绿色的荧光。初看之下，这与正常动物的表达水平极为接近。定量分析则发现，取决于肌肉细胞类型的不同，dystrophin的表达量范围是正常数值的3%-90%左右。而在心肌细胞内，高剂量的基因疗法，让dystrophin蛋白的表达量达到了正常值的92%！
为了获取实验数据，这些动物被实施了安乐死，因此我们无法得知它们是否能终身免于杜氏肌营养不良的症状，但Olson教授指出，这些“令人热泪盈眶”的发现开了一个好头。未来，他们也将扩大动物实验的规模，以求在人类试验前，获取足够多的安全信息。
▲Western Blot也证实了动物体内产生了相应的正常蛋白（图片来源：《科学》）
▲不同组织内的表达水平（图片来源：《科学》）
当然，即便这项研究能够转化为获批问世的疗法，它依旧有着一定的局限性。由于杜氏肌营养不良带来的症状是不可逆转的，患者需要在生命的早期接受治疗。此外，研究人员们也要通过长期研究确认，基于CRISPR的方法不会增加患者得癌症的风险。
但即便如此，这依然是诸多患者少有的治疗选择。在这个属于基因疗法的时代，CRISPR能带来多少惊喜？我们拭目以待！
点击“阅读原文”/“Read More”，即可访问原始论文页面。
本文题图来自《科学》。
参考资料：
[1] Gene editing restores dystrophin expression in a canine model of Duchenne muscular dystrophy
[2] In dogs, CRISPR fixes a muscular dystrophy
[3] Inch by inch, towards a treatment for Duchenne muscular dystrophy
来源：学术经纬
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