定制壽命，源頭抗衰：篩選百余種促衰基因，從頭到腳治療老年病
2019年末，南方科技大學(xué)副教授賀建奎因“基因編輯雙胞胎嬰兒”事件獲刑三年，如今距離這對雙胞胎出生已過去5年。
不久前賀建奎在牛津大學(xué)會議上發(fā)表演講時表示，兩個孩子健康狀況良好，希望大家不要過度關(guān)注，并且會在她們成年后，經(jīng)過本人同意后，再決定是否進(jìn)行后續(xù)醫(yī)療隨訪。
賀建奎當(dāng)時使用的基因編輯技術(shù)叫做CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats），它被稱為“上帝的剪刀”，可以用于精確地切割DNA序列。
圖注：CRISPER-CAS9技術(shù)
除了作為先天遺傳性疾病治療的“魔術(shù)刀”，它在抗衰領(lǐng)域也有不少驚喜。
PART 01 篩選促衰基因，編輯長壽基因
CRISPER/CAS9技術(shù)主要應(yīng)用方向包括全基因組篩選、基因敲除/敲入、轉(zhuǎn)錄激活/抑制等[1]。
既然這把刀能篩選又能敲除/敲入基因，是不是意味著，先定位篩選衰老相關(guān)基因，再直接剪切就可以從源頭解決衰老問題，“重?zé)ㄐ律绷恕?/span>
篩選KAT7促衰基因
歷時6年多，中科院科研團(tuán)隊使用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)，檢測了約10000個基因，最終篩選出了多達(dá)100個促進(jìn)人類細(xì)胞衰老的基因[2]。
且最終確認(rèn)了KAT7基因就是導(dǎo)致細(xì)胞衰老的罪魁禍?zhǔn)字?。年齡越大，KAT7基因的表達(dá)水平越高，細(xì)胞衰老也越快，可以說它是不折不扣的促衰基因。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，KAT7基因被編輯后的自然衰老小鼠，肝臟中衰老細(xì)胞的比例顯著降低，且健康壽命大幅延長，壽命更是延長了足足25%[2]！
圖注：針對KAT7的基因編輯延長了小鼠的健康壽命和壽命
研究人員還發(fā)現(xiàn)，移除KAT7同樣可以延緩人類成體干細(xì)胞的衰老。
驗(yàn)證SIRT6長壽基因
除了通過CRISPER/CAS9技術(shù)直接篩選出促壽基因，還可以敲除某個長壽基因，來判斷缺失該基因?qū)C(jī)體的影響。
長壽蛋白SIRT6在新陳代謝和衰老中發(fā)揮重要作用[3]。來自中科院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的另一支團(tuán)隊基于CRISPR–Cas9技術(shù)生成了一個SIRT6缺失的食蟹猴。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SIRT6缺陷的猴子在出生后數(shù)小時內(nèi)即死亡，并表現(xiàn)出嚴(yán)重的產(chǎn)前發(fā)育遲緩[4]。
圖注：SIRT6缺陷導(dǎo)致大腦和肌肉發(fā)育延遲
由此印證了長壽蛋白SIRT6的重要性，它參與調(diào)節(jié)非人類靈長類動物的發(fā)育，并可能提供對人類嬰兒圍產(chǎn)期（懷孕28周到產(chǎn)后一周）死亡綜合征的機(jī)制洞察[4]。
CRISPER/CAS9可以在產(chǎn)生實(shí)際表型前，對衰老基因進(jìn)行編輯修飾，而對于常見的老年病，已出現(xiàn)癥狀的年齡相關(guān)疾病，這把刀又該怎么下？
PART02 年齡相關(guān)疾病
下方表格展示了部分目前采用CRISPER-Cas9基因編輯技術(shù)治療的年齡相關(guān)疾病，及它主要的優(yōu)勢和弊端。
表1 CRISPR-Cas9技術(shù)在年齡相關(guān)疾病中的治療應(yīng)用[5]
CRISPER技術(shù)能從頭治到腳，下面主要選擇三個困擾很多老年人的年齡相關(guān)疾病，討論通過基因編輯技術(shù)治療這些疾病的可能性。
神經(jīng)退行性疾病
CRISPR/Cas9在阿爾茨海默癥研究中已得到廣泛應(yīng)用，從相關(guān)細(xì)胞模型構(gòu)建、患病風(fēng)險因素篩查到相關(guān)基因的靶標(biāo)尋找和靶向治療[6]。
2021年香港科技大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，患阿爾茲海默癥的小鼠在接受基因編輯技術(shù)治療后，大腦中與神經(jīng)退行病變相關(guān)的淀粉樣蛋白斑塊明顯減少。治療半年后（約為小鼠1/3壽命），這些淀粉樣蛋白斑塊，仍保持較低水平[7]。
圖注：基因編輯后的小鼠大腦中引起神經(jīng)退行病變的淀粉樣蛋白斑塊減少
這證明了基因編輯技術(shù)的單次治療可以維持長期療效，且該研究未在小鼠身上發(fā)現(xiàn)任何明顯的副作用。
年齡相關(guān)黃斑病變
年齡相關(guān)性黃斑變性（AMD）是老年人失明的主要原因[8]，但目前主要治療濕型 AMD 的方法仍然是眼部藥物注射。
新生血管性AMD的主要病理特征是脈絡(luò)膜新生血管(CNV)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過往成年小鼠視網(wǎng)膜下注射預(yù)組裝的Vegfa基因特異性Cas9核糖核蛋白(RNPs)，發(fā)現(xiàn)Cas9 RNPs有效地減少了AMD小鼠模型中脈絡(luò)膜新生血管 (CNV) 的面積[8]。
圖注：注射靶向Vegfa的Cas9 RNPs可明顯減少AMD小鼠模型中脈絡(luò)膜新生血管(CNV)的面積
骨關(guān)節(jié)炎
2019年全球疾病負(fù)擔(dān)研究（GBD）的數(shù)據(jù)顯示，中國骨關(guān)節(jié)炎患者約為1.33億，居世界首位。一項(xiàng)研究中，52%的85歲老人被診斷患有骨關(guān)節(jié)炎[9-11]。
美國的一項(xiàng)研究就探究了，CRISPER/CAS9技術(shù)通過改善與骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)的關(guān)鍵分子水平，能緩解其引起的疼痛。
骨關(guān)節(jié)炎通常伴隨著異常分子的上調(diào)，而研究人員通過使用CRISPER/CAS9技術(shù)，減弱了與骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)的下游信號分子的傳導(dǎo)，結(jié)果也顯示小鼠因骨關(guān)節(jié)炎而產(chǎn)生的疼痛顯著減少[12]。
圖注：CRISPR-CAS9基因編輯減弱了與骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)的下游分子信號（NGF、IL-1β和MMP13）傳導(dǎo)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，基因編輯還能通過識別這些關(guān)鍵分子的表達(dá)情況，用于鑒別可行的有待開發(fā)的骨關(guān)節(jié)炎治療靶向藥物[12]。
PART 03 治療晚期癌癥，一剪刀這么簡單？
癌癥屬于一種年齡相關(guān)的疾病，在這里單獨(dú)拿出來說，是因?yàn)榛蚓庉嫾夹g(shù)在癌癥方面的應(yīng)用猶如“雨后春筍”，且多數(shù)選擇該技術(shù)治療的原因在于，其他療法如化療、放療對相應(yīng)癌癥無效。
癌癥與衰老密切相關(guān)，是老年人死亡的第二大原因[13-14]。
盡管沒有文獻(xiàn)明確指出衰老與癌癥的直接相關(guān)關(guān)系，但它們有多種重疊的“元標(biāo)志”。衰老的幾大標(biāo)識，如基因組不穩(wěn)定、表觀遺傳改變、慢性炎癥與特定的癌癥標(biāo)志非常相似[14]。
圖注：衰老標(biāo)識與癌癥標(biāo)識的關(guān)系[14]
先前研究已表明，CRISPR-Cas9系統(tǒng)靶向的癌細(xì)胞可以讓機(jī)體對化療藥物的敏感性增加、癌細(xì)胞增殖降低和癌細(xì)胞死亡增加。針對那些其他任何方法已經(jīng)無濟(jì)于事的癌癥，基因編輯能做什么呢？
敲除PD-1基因，恢復(fù)抗腫瘤能力
2016年，世界首個基因編輯人體實(shí)驗(yàn)在四川大學(xué)華西醫(yī)院展開，盧鈾教授團(tuán)隊成功使用 CRISPR技術(shù)敲除了非小細(xì)胞肺癌患者T細(xì)胞的PD-1基因。而實(shí)驗(yàn)患者對化療、放療以及其它療法治療均無效[15]。
圖注：肺癌種類及發(fā)生位置
PD-1基因是人體免疫反應(yīng)的關(guān)鍵開關(guān)，刪除它能夠恢復(fù)T細(xì)胞的抗腫瘤能力。經(jīng)CRISPR編輯后的T細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室中擴(kuò)增后，再回輸?shù)交颊哐褐?/span>[16]。
共有22名患者參與試驗(yàn)，臨床結(jié)果顯示，使用基因編輯技術(shù)治療后，患者產(chǎn)生的不良反應(yīng)都為較輕微，如疲勞、發(fā)熱、關(guān)節(jié)痛和皮疹等[17]。
添加受體基因，協(xié)助識別腫瘤
2019年，美國賓夕法尼亞大學(xué)的科研團(tuán)隊進(jìn)一步驗(yàn)證了CRISPER/CAS9技術(shù)治療癌癥的安全性和可行性。
他們使用該技術(shù)成功編輯三名癌癥患者的免疫細(xì)胞，且患者年齡都超過60歲，他們同樣對之前的治療均無反應(yīng)[18]。
研究人員利用CRISPER技術(shù)編輯了他們的T細(xì)胞，去除了三個與癌細(xì)胞“狼狽為奸”，幫助癌細(xì)胞逃避免疫系統(tǒng)的基因，并添加了另一個基因，來幫助免疫細(xì)胞識別腫瘤。
結(jié)果顯示，經(jīng)過基因編輯的免疫細(xì)胞在癌癥患者治療后的幾個月內(nèi)持續(xù)存活，茁壯成長，發(fā)揮功能。
圖注：癌癥患者中的CRISPR-Cas9編輯T細(xì)胞
鑒于該技術(shù)可能出現(xiàn)的“脫靶效應(yīng)”（off-target），上述人體臨床實(shí)驗(yàn)都還只停留在測試技術(shù)的可行性和安全性的階段，但從實(shí)際結(jié)果看來，達(dá)到了穩(wěn)定病情效果。
時光派點(diǎn)評
目前對于胚胎基因編輯還是非常有爭議的操作，且多國法律也對此明令禁止。
然而基因編輯這把上帝的剪刀有改變命運(yùn)的魔力，面對癌癥等絕癥，只剩這最后一點(diǎn)希望時，該不該抓住這棵救命稻草？
基因編輯技術(shù)應(yīng)該更好地服務(wù)于全人類，期待未來這項(xiàng)技術(shù)朝著更安全、更親民的方向發(fā)展。
—— TIMEPIE ——
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