在僅六年的時(shí)間里，CRISPR基因編輯已經(jīng)歷了一系列爭議，包括引人注目的專利糾紛和對人類胚胎進(jìn)行編輯引發(fā)的激烈倫理爭論。最近，對這種DNA編輯工具基本安全性的擔(dān)憂使得人們懷疑它精確地永久性修復(fù)遺傳病的潛力。

CRISPR基因編輯利用酶Cas9（藍(lán)綠色）和向?qū)NA（紫紅色）在這個(gè)經(jīng)過編程的向?qū)NA確定的位點(diǎn)上切割DNA（綠色）。圖片來自MOLEKUUL/Science Source。

最近的事件發(fā)生在今年的6月11日，當(dāng)時(shí)發(fā)表在Nature Medicine上的兩篇論文證實(shí)除非蛋白p53受到破壞或缺失，不然兩種細(xì)胞系經(jīng)常不受CRISPR基因編輯的影響。鑒于缺乏p53的細(xì)胞很容易發(fā)生癌變，因此這兩篇論文提醒道，在人體治療中使用經(jīng)過CRISPR編輯的細(xì)胞之前，應(yīng)該篩選它們是否具有功能性的p53。這三家公司沒有開發(fā)與這兩篇論文中測試的細(xì)胞相關(guān)的療法，但是一旦新聞報(bào)道將癌癥與CRISPR關(guān)聯(lián)起來，這三家公司總共就損失了數(shù)億美元。

Intellia治療公司創(chuàng)新科學(xué)高級副總裁Thomas Barnes說，“對我而言，這兩篇論文本質(zhì)上是一個(gè)技術(shù)性的警示故事”，但是在新聞報(bào)道中，“我讀到的內(nèi)容是"CRISP導(dǎo)致癌癥"。”

Intellia治療公司董事會成員、阿特拉斯風(fēng)險(xiǎn)投資公司（Atlas Venture）合伙人Jean-François Formela說，“市場對此作出的反應(yīng)與25年前對基因治療作出的反應(yīng)差不多。”

對于任何導(dǎo)致DNA斷裂的療法來說，癌癥一直是一個(gè)潛在的關(guān)注點(diǎn)，而將首次在人體中進(jìn)行測試的傳統(tǒng)形式的CRISPR就會導(dǎo)致DNA斷裂。一種被稱為Cas9的酶在向?qū)NA（gRNA）確定的特定位點(diǎn)上切割DNA雙鏈螺旋。科學(xué)家們設(shè)計(jì)gRNA旨在最大限度地減少脫靶切割和不想要的切割，但總是存在可能發(fā)生額外切割的風(fēng)險(xiǎn)。“一次脫靶切割并不等于癌癥。”但隨著脫靶切割的數(shù)量在增加，破壞重要的抗癌基因（如p53基因）的幾率也在增加。

在第一篇論文中，來自瑞典卡羅林斯卡研究所的Bernhard Schmierer及其同事們注意到相比于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的正常人細(xì)胞，CRISPR基因編輯在癌細(xì)胞中更頻繁地發(fā)揮作用。Schmierer說，“這一發(fā)現(xiàn)或多或少具有偶然性。”

為了解釋其中的原因，Schmierer團(tuán)隊(duì)研究了通常在人眼中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞，即視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞，不過這些細(xì)胞經(jīng)基因改造后發(fā)生永生化，這是一種在實(shí)驗(yàn)室研究中讓細(xì)胞無限制增殖的常見做法。這些研究人員發(fā)現(xiàn)除非這些細(xì)胞缺乏功能性的p53，不然CRISPR在對它們進(jìn)行編輯時(shí)表現(xiàn)比較糟糕（Nature Medicine, doi:10.1038/s41591-018-0049-z）。

蛋白p53以其在啟動(dòng)斷裂基因的DNA修復(fù)中的作用而廣為人所知，這讓它獲得了“基因組衛(wèi)士”的綽號。Schmierer推斷鑒于p53阻止CRISPR在他的團(tuán)隊(duì)使用的大部分細(xì)胞中高效地發(fā)揮作用，科學(xué)家們可能會在他們的實(shí)驗(yàn)和治療中無意中地使用了經(jīng)過基因編輯的但缺乏p53的細(xì)胞。雖然這并不意味著癌癥會產(chǎn)生，但它看起來非常像一顆滴答作響的定時(shí)炸彈。

在第二篇論文中，美國諾華公司的Ajamete Kaykas及其領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)研究得出了關(guān)于p53的相同結(jié)論，不過這次是在人多能性干細(xì)胞中取得的。Kaykas拒絕就這些結(jié)果對在其他細(xì)胞類型中進(jìn)行CRISPR基因編輯意味著什么發(fā)表評論，但他表示諾華公司當(dāng)前尚未利用多能性干細(xì)胞開展任何基于CRISPR的療法。

其他人也在淡化這些研究結(jié)果的重要性。Intellia治療公司的Barnes說，“我們不會在這些細(xì)胞上開展這方面的研究，因此故事到此結(jié)束。”Crispr治療公司首席執(zhí)行官Sam Kulkarni對此表示贊同。他說，“我想不出這會與如今的應(yīng)用相關(guān)，但是在未來，它可能是這樣子的。”

有些人對僅根據(jù)這個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域的兩篇論文作出結(jié)論感到擔(dān)心。在美國加州大學(xué)伯克利分校研究CRISPR的Jacob Corn說，“我們一直都在尋找導(dǎo)致癌癥產(chǎn)生的可能性。”到目前為止，他還沒有發(fā)現(xiàn)任何這方面的暗示，而且他認(rèn)為這兩篇新的論文并不是對治療的警示。他自己的實(shí)驗(yàn)室已觀察到在具有功能性p53的細(xì)胞中進(jìn)行了高效地編輯，而在缺乏p53的細(xì)胞中進(jìn)行了較差地編輯---這剛好與這兩篇論文的結(jié)果相反。“因此，p53可作為一種預(yù)測因子，但是它很可能并不是唯一的預(yù)測因子。DNA修復(fù)是比較復(fù)雜的。”

就這一點(diǎn)而言，Kulkarni已習(xí)慣了對CRISPR安全問題的短暫炒作。“我們每六個(gè)月左右就會遇見一次這樣的炒作。”

故事開始于2017年5月，當(dāng)時(shí)一篇發(fā)表在Nature Methods期刊上的論文提出Cas9在實(shí)驗(yàn)室小鼠的整個(gè)基因組中進(jìn)行了無關(guān)的切割，這意味著CRISPR遠(yuǎn)沒有許多人聲稱的那樣精確。幾個(gè)月后，Editas醫(yī)學(xué)公司、Intellia治療公司和幾位科研機(jī)構(gòu)的科學(xué)家利用他們自己的論文進(jìn)行反擊，質(zhì)疑這篇論文中的結(jié)果。隨著又有其他的報(bào)告指出所謂的脫靶切割實(shí)際上是由于這些小鼠的自然遺傳變異，今年3月30日，這篇論文被撤回了。

今年1月，美國斯坦福大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)家Matthew Porteus在預(yù)印本服務(wù)器bioRxiv上發(fā)表了一篇論文，指出一些人可能事先就存在針對源自細(xì)菌的Cas9的免疫力。該論文導(dǎo)致媒體報(bào)道這提示著CRISPR可能不適用于人類，因此CRISPR相關(guān)公司的股票可能是毫無價(jià)值的。

同樣地，這些CRISPR相關(guān)公司指出它們開展的實(shí)驗(yàn)有所不同。比如，Intellia治療公司的最先進(jìn)程序?qū)⒗肅RISPR對肝細(xì)胞中的基因進(jìn)行編輯。免疫系統(tǒng)將Cas9識別為外來物并對整個(gè)肝臟發(fā)起快速致命的攻擊是非常糟糕的情形。Barnes說，“你可以列出理論上存在的問題”，但是Intellia治療公司已經(jīng)在小鼠、大鼠和非人類靈長類動(dòng)物身上開展過這樣的實(shí)驗(yàn)。他說，“這根本不會發(fā)生。”

Sangamo治療公司（Sangamo Therapeutics）是一家使用一種不同的被稱作鋅指核酸酶（zinc finger nuclease, ZFN）的基因編輯系統(tǒng)的公司，也目睹它的股票在癌癥恐慌新聞中下降。該公司首席執(zhí)行官Sandy Macrae說，“我們與CRISPR在不好的事情上捆綁在一起，但是當(dāng)CRISPR方面的好新聞出現(xiàn)時(shí)，我們很少捆綁在一起。”

與CRISPR一樣，鋅指核酸酶基因編輯會在DNA中產(chǎn)生雙鏈斷裂。Sangamo治療公司已在104名感染上HIV病毒的人體內(nèi)進(jìn)行了鋅指核酸酶測試，而且最近在4名患上亨特綜合征（Hunter syndrome）的人體內(nèi)進(jìn)行了測試。到目前為止，沒有任何不良影響的跡象出現(xiàn)。

Macrae說，“至少在最初階段，基因組編輯僅當(dāng)疾病負(fù)擔(dān)與這種迄今為止仍不清除的風(fēng)險(xiǎn)相平衡時(shí)才能開展。”對諸如HIV感染或癌癥之類的嚴(yán)重疾病而言，人們可能很難區(qū)分疾病的自然進(jìn)展或治療的意外副作用。

CRISPR恐慌可能遠(yuǎn)未結(jié)束。斯坦福大學(xué)的Porteus說，“如今肯定有一種學(xué)術(shù)和新聞上的動(dòng)機(jī)存在以至于這一過程很可能在未來重復(fù)發(fā)生。”比如，利用CRISPR開展的未受到監(jiān)管的臨床試驗(yàn)正在中國進(jìn)行，并且Crispr治療公司計(jì)劃在美國開展的臨床試驗(yàn)已被美國食品藥物管理局（FDA）在未給出任何解釋的情形下暫時(shí)推遲。公眾擔(dān)心對生殖細(xì)胞系進(jìn)行的基因編輯會將基因變化傳遞給后代---這也是基因編輯公司堅(jiān)決反對的---可能繼續(xù)讓CRISPR成為一個(gè)爭議的主題。

隨著這三家CRISPR相關(guān)公司利用CRISPR開展的首批臨床試驗(yàn)在明年推出，它們也將面臨著嚴(yán)格的審查。

阿特拉斯風(fēng)險(xiǎn)投資公司（Atlas Venture）的Formela說，“很多這些常人難以理解的、仍有待驗(yàn)證的與假設(shè)相關(guān)的論文可能讓人們興奮24小時(shí)。但是最終真正重要的是臨床數(shù)據(jù)。”

原標(biāo)題：CRISPR成長的煩惱？破解CRISPR引發(fā)的癌癥恐慌

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Untangling the CRISPR cancer scare

CRISPR"s growing pains

參考文獻(xiàn)：

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Emma Haapaniemi, Sandeep Botla, Jenna Persson et al. CRISPR–Cas9 genome editing induces a p53-mediated DNA damage response. Nature Medicine, 24:927–930 (2018), doi:10.1038/10.1038/s41591-018-0049-z

Robert J. Ihry, Kathleen A. Worringer, Max R. Salick et al. p53 inhibits CRISPR–Cas9 engineering in human pluripotent stem cells. Nature Medicine, 24:939–946 (2018), doi:10.1038/s41591-018-0050-6

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Kellie A. Schaefer, Benjamin W. Darbro, Diana F. Colgan et al. Corrigendum and follow-up: Whole genome sequencing of multiple CRISPR-edited mouse lines suggests no excess mutations. bioRxiv, 2018, doi:10.1101/154450

Carsten Trevor Charlesworth, Priyanka S Deshpande, Daniel P Dever et al. Identification of Pre-Existing Adaptive Immunity to Cas9 Proteins in Humans. bioRxiv, 2018, doi:10.1101/243345