迎接CRISPR 2.0时代：新一波基因编辑器开始进入临床试验

编译丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

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。

https://www.nature.com/articles/d41586-023-03797-7