近日，诺奖得主Jennifer Doudna的公司Intellia Therapeutics公布了CRISPR体内基因组编辑疗法NTLA-2001在临床I期试验中获得的积极结果，这是首个支持体内CRISPR基因编辑安全性和效果的临床数据，消息一经披露，Intellia的股价飞涨了近52%，CRISPR基因编辑再次赚足了风头。CRISPR基因编辑是一项“年轻”的技术。2012年，Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier在Science发表论文首次表明了CRISPR系统可以作为基因编辑工具进行DNA切割，自此，大量的目光和研究涌向这项“年轻”的新技术，它也不负众望，一路获奖无数，并摘得了2020年诺贝尔化学奖。
来源：诺奖官网
CRISPR，是clustered regularly interspaced short palindromic repeats（成簇的规律间隔的短回文重复序列）的首字母缩写，是细菌用于抵御外源遗传物质的“基因武器”。以CRISPR-Cas9为例，这一系统的工作原理就是细菌会将病毒DNA序列整合到CRISPR序列中来“记住”入侵者的DNA，当这些外源遗传物质再次侵入细菌内时，Cas9蛋白能够识别并切割具有匹配序列的所有DNA分子。现在研究人员使用的CRISPR-Cas9系统由gRNA引导Cas9至需要切割的DNA位点进行切割，细胞会感应到DNA双链的断裂并启动DNA修复机制，修复会产生两种结果：敲除基因或插入新基因，后者难度更大。
来源：The Royal Society of Chemistry
目前已有10项进入临床的体外（内）CRISPR基因编辑疗法。除了NTLA-2001，Editas Medicine的EDIT-101也是一项体内CRISPR基因编辑疗法，用于治疗Leber先天性黑蒙症，EDIT-101也是第一项进入临床的体内基因编辑疗法，预计初步结果将于年底前发布。基因编辑领域还有一位冉冉升起的新秀：碱基编辑。碱基编辑是一种更为精确的基因编辑，可以对DNA或RNA上的特定碱基对进行编辑修改。与CRISPR基因编辑工具相比，碱基编辑最主要的优势是不需断裂DNA双链即可完成编辑。目前应用比较广泛的DNA碱基编辑器主要为胞嘧啶碱基编辑器（CBE）和腺嘌呤碱基编辑器（ABE）这两类。CBE编辑的是C·G到T·A碱基对的转化，ABE编辑的是A·T到G·C碱基对的转化。
DNA碱基编辑技术概览（来源：Nature）
第一个碱基编辑器由David Liu实验室所开发，依靠这一技术，他与张锋和Keith Joung在2017年创建了一家开发碱基编辑疗法的公司Beam therapeutics，公司于2020年2月成功上市。
Beam的三位创始人：（左起）张锋、David Liu、Keith Joung（来源：Beam）
Beam将碱基编辑应用于β-地中海贫血和镰状细胞病的治疗中，此外，获得Beam技术授权的Verve Therapeutics利用ABE敲除PCSK9，国内正序生物团队则利用变形式碱基编辑系统transformer Base Editor（tBE）敲除PCSK9，两个团队均达到降低LDL胆固醇水平的目的，以期治疗家族性高胆醇血症患者。正序生物团队于5月10日在Nature Cell Biology，Verve于5月19日在Nature发表的研究中都展示了碱基编辑疗法的有效性和持久性。还有一种碱基编辑是在RNA水平进行的。RNA碱基编辑与DNA碱基编辑最关键的不同在于DNA碱基编辑对基因的改变是永久性且不可逆的，而RNA编辑是可逆的。RNA编辑应用最为广泛的是A→I碱基编辑器，依靠ADAR（作用于RNA的腺苷脱氨酶）完成的，这是一种能将RNA的A编辑为肌苷（I）的酶，I会被翻译器“读”为G，所以编辑结果实际上是将A转为了G。
反义寡核苷酸在突变位点与mRNA结合，产生错配（非互补性碱基配对），暴露突变的A，ADAR被募集到目标位置将A编辑为I，I会被翻译器“读”为G（来源：ProQR Therapeutics）
无论是DNA还是RNA碱基编辑，都代表了更为精确的基因编辑技术，目前全球开发CRISPR基因编辑和碱基编辑技术的公司众多，先头部队主要是CRISPR技术的几位先驱所创办的公司，适应证多为镰状细胞病和β-地中海贫血。关于基因编辑的优势、碱基编辑未来的应用和发展趋势，在首届BioChina大会上，医药魔方Pro有幸邀请到上海科技大学基因编辑中心主任、正序生物联合创始人陈佳教授就这些问题分享了他的观点。上海科技大学基因编辑中心主任、正序生物联合创始人陈佳教授接受医药魔方采访基因编辑实际上比较适合由基因突变所导致的遗传病或者是罕见病，这项技术有着有其它治疗方法无法替代的优势或者特点，它能在基因组上做永久性的精准改变。相对于其它小分子或大分子都需要不断地给药，几月一次或者最多能做到半年给药一次，基因编辑治疗理论上来说可以达到一次治疗终身有效，这也是基因编辑的一个特别大的优势。未来，随着基因编辑治疗企业和技术的不断成熟，包括产业界的不断成熟，会有越来越多的产品被开发出来。基因编辑治疗开发的总趋势是从简单到复杂，从单基因突变导致的疾病逐渐延伸到由多基因突变或者失调导致的复杂性疾病，当然我们也希望最终能够利用基因编辑技术来进行流行性疾病的治疗。碱基编辑工具的开发目前已经处于比较成熟的阶段，未来几年内预期能够看到各种碱基编辑系统在血液科、眼科、肝脏和神经系统的遗传病/罕见病领域发挥充分潜力。碱基编辑相对于CRISPR基因编辑是一种巨大的超越。利用CRISPR/Cas9进行任何基因编辑都依赖于DNA双链断裂的产生，而DNA双链断裂能够激活DNA损伤响应通路并最终引发p53介导的细胞凋亡，从而导致被成功编辑的原代细胞/干细胞无法长期在体内存活。更为严重的是，利用CRISPR/Cas9进行基因编辑相当于开展了逆向筛选，使得p53突变或表达受到抑制的原代细胞/干细胞具有生长优势，从而增加了CRISPR/Cas9基因编辑治疗的成瘤和致癌风险。而碱基编辑无需产生DNA双链断裂即可完成编辑，激活DNA损伤响应通路的水平也非常低，从而大大提高了碱基编辑治疗的安全性。正序生物利用具有自主知识产权的新型碱基编辑系统来进行碱基编辑疗法的开发，变形式碱基编辑器tBE在消除脱靶突变、提高编辑效率、体内递送等方面均达到了一个趋近完美的状态。碱基编辑比较适用于血液科、眼科和肝脏的遗传病，我们未来希望主要开展这些疾病领域的治疗探索。[1] Intellia and Regeneron Announce Landmark Clinical Data Showing Deep Reduction in Disease-Causing Protein After Single Infusion of NTLA-2001, an Investigational CRISPR Therapy for Transthyretin (ATTR) Amyloidosis（来源：Intellia Therapeutics）[2] What is Crispr and why did it win the Nobel prize?（来源：The Royal Society of Chemistry）[3] Editas Medicine Announces First Quarter 2021 Results And Update（来源：Editas Medicine）[4] Porto, E.M., Komor, A.C., Slaymaker, I.M. et al. Base editing: advances and therapeutic opportunities. Nature Reviews Drug Discovery (2020)
