曾被赌场拉黑，32岁成为哈佛正教授，如今他是CRISPR 2.0时代引领者

撰文丨周晨

来源丨深究科学

提到CRISPR基因编辑技术时，人们昂网想到的是张锋，而除了张锋之外，还有一些华人学者在基因编辑领域“风生水起”，刘如谦（David Liu）就是其中的佼佼者。

刘如谦颇有几分“天才少年”的意味，21岁时以全班第一名的成绩从哈佛大学毕业；32岁时成为顶尖名校哈佛大学正教授。

在深耕基因编辑领域后，刘如谦也将自己的天才带到了该领域：2016年，他开发出了碱基编辑（Base editing）技术，并在2017年当选《自然》十大科学人物；2019年，刘如谦再推出先导编辑（Prime editing）技术，又一次大大扩展了基因编辑工具箱。

2023年12月底，FDA批准了首个CRISPR基因编辑疗法上市，开启了基因编辑临床应用新时代，《自然》杂志也发文指出我们即将迎来CRISPR 2.0时代，而代表CRISPR 2.0的碱基编辑、先导编辑和表观遗传编辑，刘如谦均发挥了重要作用。

从天才少年到哈佛教授

刘如谦于1973年出生于美国加利福尼亚州，父母原籍中国台湾，他的父亲是一名航空航天工程师，母亲是加州大学河滨分校的物理学教授。在这样一个科学氛围浓厚的家庭中，刘如谦自然从小就对数理化颇为有兴趣。

从小到大，刘如谦都被视为是个天才，高中的时候，参加全国西屋科学人才搜索（Regeneron Science Talent Search）竞赛，这个竞赛被认为是“美国历史最悠久、最知名”的科学竞赛，参赛选手中出了13位诺贝尔奖得主，2位菲尔茨得主，11位国家科学奖章得主以及20位麦克阿瑟奖学金获得者。当时，刘如谦获得了第2名。值得一提的是，当时获得第1名的 Matthew Headrick 目前是布兰迪斯大学的一名理论物理学家，从事当今理论物理学最前沿的全息理论研究。

高中毕业后，刘如谦顺利申请到哈佛大学化学系专业，并在1994年以全班第一名的优异成绩毕业，在大学期间，刘如谦受到了有机合成泰斗、诺贝尔奖得主E.J. Corey教授的青睐，并在其合成化学实验室实习了一段时间。

之后，刘如谦收到了加州大学伯克利分校的录取通知书，并在1999年获得有机化学博士学位。在伯克利分校的这段时间，他师从皮特·美国著名的化学家Peter G. Schultz教授。

1999年，刘如谦回到了自己的母校哈佛大学，并担任了化学和生物学助理教授。加入哈佛大学后，他便开启了超乎寻常的晋升速度，2003年晋升为副教授，2005年晋升为正教授，此时年仅32岁，2007年，他被授予Harvard College Professor的荣誉称号。

不过，这一时期刘如谦之所以能够晋升如此迅速，得益于他在本科教学方面的出色表现。从2005年开始，由他讲学的入门生命科学课程成为哈佛最大的自然科学课程。

关于刘如谦回还有一个趣事：在他21岁那年，他曾到拉斯维加斯赌场赌博，当时他玩的游戏是二十一点，几局下来后刘如谦凭借数学知识掌握了二十一点的规律，因此赢了不少钱。当他29岁再次踏入赌场时，却被发现自己已经被赌场拉入了黑名单。后来，《哈佛杂志》将这一“都市传说”写入了报道中，多年后刘如谦再提起此事，颇有些哭笑不得。

在前半生的青年时光里，刘如谦的表现都是“别人家的孩子”，他在才智方面的卓越表现得以让他发光发彩。可是，这还没有到达他人生的辉煌时刻，接下来他将因一项领域的研究而闻名生物医药学界，那就是基因编辑技术。

引领CRISPR 2.0

2012年8月，Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna合作在Science期刊发表了一篇论文，首次解析了CRISPR-Cas9技术的原理，并指出其可作为一种基因编辑工具。

2013年2月，张锋在Science期刊发表论文，首首次将CRISPR-Cas9基因编辑技术改进并应用于哺乳动物和人类细胞。此后，CRISPR基因编辑技术收到了广泛关注并得到了快速发展。

刘如谦也是最早一批进行CRISPR研究的科学家之一，在对于CRISPR-Cas9进行深入了解后，他尝试去解决该技术存在的一些问题：

首先就是，CRISPR-Cas9无法精确控制对DNA序列的修复，Cas9等核酸酶进行基因编辑时，会切断DNA双链，但无法精确控制修复过程中的DNA序列，这种不精确性可能导致基因序列的错误累积，产生破坏性的基因突变，甚至是染色体改变。

此外，CRISPR-Cas9其实是“基因破坏”而非“基因校正”，当前大多数基因编辑临床试验使用核酸酶去破坏一个基因，而不是精确地校正导致疾病的基因突变。这意味着该技术主要用于沉默基因的功能，而不是精确地修复基因序列。

2016年和2019年，刘如谦先后开发了碱基编辑和先导编辑，引领了CRISPR基因编辑新时代。

碱基编辑（Base editing）

2016年，刘如谦团队在Nature期刊发表论文，开发出了碱基编辑（Base Editing）技术，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。

刘如谦创立了碱基编辑技术公司 Beam Therapeutics，目前该公司开发的基于碱基编辑的基因疗法正在进行镰状细胞病和β-地中海贫血，以及白血病的临床试验。

此外，Verve 公司开发的碱基编辑疗法VERVE-101也在进行治疗高胆固醇血症的临床试验，这是全球第一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。该临床试验被Nature Medicine评选为2024年改变医学的11项临床试验之一。

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%”。此后，刘如谦等对先导编辑进行了一系列改进，以提高其编辑效果、改善编辑范围、降低脱靶编辑。

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。

2021年，刘如谦创立了表观遗传编辑公司Chroma Medicine，开发基于CRISPR的表观遗传编辑技术，并将其应用于疾病治疗。

2023年5月，在洛杉矶举行的美国基因与细胞治疗学会（ASGCT）第26届年会上，Chroma Medicine发布了两项报告，分别是：Development of a Human PCSK9-Targeted Epigenetic Editor with Durable, Near-Complete In Vivo Silencing Efficiency（持久、体内近100%沉默效率的人类PCSK9靶向的表观遗传编辑器的开发）和 Multiplexed Editing Without Chromosomal Rearrangements Using Epigenetic Editors（使用表观遗传编辑器进行不导致染色体重排的多重编辑），强调了其表观遗传编辑平台的应用潜力。

与基于CRISPR-Cas9的基因编辑疗法相比，碱基编辑、先导编辑和表观基因组编辑还有差距，但FDA对CRISPR基因编辑疗法的首次批准，显然奖大大推动这些新型基因编辑疗法的发展。