上個月，基因編輯領(lǐng)域迎來了歷史性的一刻！一名患有亨特氏綜合征的患者在美國接受了一次大膽的治療：體內(nèi)基因編輯。此次治療旨在通過鋅指核酸酶（ZFN）基因組編輯技術(shù)，將正確的基因插入到肝細(xì)胞基因組中的特定位點。這是世界上首次通過體內(nèi)基因編輯治療遺傳疾病。

那么，推廣體內(nèi)基因編輯用于治療人類疾病真的容易實現(xiàn)嗎？很遺憾，答案是否定的。

1個體基因差異影響基因編輯有效性

12月11日，最新發(fā)表在PNAS雜志上的這篇論文為此提出了“警告”。該研究發(fā)現(xiàn)，人與人之間的基因差異可能會削弱基因編輯的有效性，在某些情況下，還會導(dǎo)致十分危險的脫靶效應(yīng)（"off target" effect，即，編輯了預(yù)想之外的基因）。

具體來說，該研究分析了7，444份先前發(fā)表的全基因組序列?；诩s30個與疾病相關(guān)的DNA靶點，科學(xué)家們制造出了近3，000種向?qū)NA（guide RNAs，gRNAs，包含一段與目標(biāo)DNA匹配的序列，就像“信封上的地址”，帶領(lǐng)Cas9酶到目標(biāo)DNA上需要被切割的位置）。隨后，他們調(diào)查了是否7，444位個體中的任何一人在gRNAs靶向的區(qū)域攜帶了突變。

論文的共同通訊作者Matthew Canver認(rèn)為，如果在CRISPR系統(tǒng)靶向的位點中出現(xiàn)了遺傳差異，那么，治療的療效可能會降低，甚至致使治療失敗。

研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，基因組中的這種“事件”并不少見。大約50%被分析的gRNAs有可能受到其目標(biāo)位點上突變的影響。在一些案例中，研究小組發(fā)現(xiàn)，如果基因組DNA序列中的基因突變使得其更匹配某個gRNA，這可能會使該gRNA結(jié)合到錯誤的位置，導(dǎo)致“脫靶效應(yīng)”。

Canver說：“如果這種脫靶效應(yīng)發(fā)生在一個腫瘤抑制基因上，那就是個大問題了?！彼麖娬{(diào)，隨著這些基因編輯技術(shù)不斷發(fā)展，走向臨床，確保每一種治療對患者來說是‘量身定制’的非常重要。

論文的共同通訊作者Stuart Orkin博士表示，人類的DNA序列各不相同。他們建議，在設(shè)計用于治療的基因編輯靶向系統(tǒng)時，應(yīng)考慮到個體基因組本身的差異，以最大化這類治療的功效，及最小化它們潛在的安全隱患。

2張鋒等已提出相似觀點

看到這項新成果時，讓人不禁想到張鋒等今年7月31日在Nature Medicine發(fā)表的一篇論文。在這一研究中，張鋒及其研究小組成員David Scott率先提出，人類DNA中的天然差異可能會通過阻礙Cas9酶作用于正確的基因目標(biāo)，從而削弱CRISPR技術(shù)精準(zhǔn)編輯人類基因組的能力。

研究中，科學(xué)家們分析了來自Exome Aggregation Consortium和1000 Genomes的數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，個體DNA差異極大影響了gRNA導(dǎo)向的內(nèi)切酶的效力（efficacy of RNA-guided endonucleases，如Cas9）。

同時，作者們調(diào)查了12個與疾病相關(guān)的基因的gRNAs。結(jié)果顯示，這些gRNAs脫靶位點的數(shù)量從0到一萬以上不等，具體取決于相關(guān)基因的基因組特性（genomic idiosyncracies）。

張鋒認(rèn)為，這些分析表明，候選患者的全基因組測序?qū)ψ钚』痝RNA失敗的可能性（這種失敗是由目標(biāo)位點的基因變異引起的）起到幫助。同時，他還指出，對基于CRISPR-Cas9的療法的早期研究和相關(guān)臨床試驗來說，全基因組測序數(shù)據(jù)可以用來排除那些遺傳組成會潛在降低療效或增加脫靶編輯可能性的患者。

此外，包括GUIDE-seq、CIRCLE-seq等在內(nèi)的一些篩選策略應(yīng)該被用于尋找針對特定疾病的、最好的gRNA與內(nèi)切酶組合（guide RNA–enzyme combination）。

哈佛大學(xué)遺傳學(xué)“大?！盙eorge Church表示，遺傳變異可能會導(dǎo)致兩種潛在的問題：第一，無法編輯目標(biāo)DNA；第二，編輯了錯誤的位點。出現(xiàn)第二個問題的話，會更難解決。對此，張鋒等強調(diào)，全基因組測序?qū)Α捌ヅ浠颊哌z傳變異與最有效的gRNA”至關(guān)重要。(生物谷世聯(lián)博研Bioexcellence）