新冠病毒新疗法！哈佛医学院：基因魔剪CRISPR可应对病毒各种变体
自新型冠状病毒（SARS-CoV-2）疫情爆发以来，随着专家们的竞相研究，目前已发现有作用的治疗药物包括核苷类似物瑞德西韦（remdesivir）、抗疟疾及自身免疫性疾病药物氯喹（chloroquine）、抗HIV药物洛匹那韦/利托那韦（lopinavir / ritonavir）等，然而这些药物对SARS-CoV-2的作用有限，且是否能有效对抗病毒的不同变体尚未知。
2月18日，来自哈佛医学院的研究人员在 Cell Research 上发表的一篇文章介绍了一种基于CRISPR技术来对抗SARS-CoV-2和其他RNA病毒以及这些病毒变体的潜在疗法[1]。
图片来源：Cell Research
研究人员对来自中国、美国和澳大利亚19例患者的SARS-CoV-2 RNA基因组进行了分析，发现这些病毒在序列上存在差异（图a），这些差异主要是单核苷酸变异。文章还展示了导致 SARS-CoV-2中ORF8（与驱动冠状病毒从蝙蝠迁移到人类身上有关）的氨基酸62和84位改变的单核苷酸变异例子（图b）。
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这些患者样本的数据表明，SARS-CoV-2正积极获得新的突变，可能会使其具有逃避抗病毒药物的能力。这对传统药物和疫苗的开发提出了严峻挑战。其他致命的RNA病毒，如SARS病毒或MERS病毒也面临同样的问题。
CRISPR/Cas13d是一个RNA导向的RNA靶向CRISPR系统。在这里，研究人员建议使用该系统特异性“嚼碎”SARS-CoV-2的RNA基因组，从而限制其再生能力。Cas13d蛋白和包含与病毒RNA基因组特异性互补间隔序列的导向RNAs（gRNAs）被选择用来切割SARS-CoV-2的RNA基因组（图c）。
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为了在功能上破坏病毒，研究人员将特别采用同时靶向病毒ORF1ab和S基因的gRNAs。ORF1ab基因编码ORF1ab多聚蛋白，参与病毒RNA的转录与复制，并具有蛋白酶、甲基转移酶等多个功能；S基因编码冠状病毒的表面糖蛋白，也称为棘突蛋白（Spike Protein），这类蛋白如同皇冠般分布在病毒的包膜上，“冠状病毒”由此得名，它们通过与人体内的ACE2蛋白质结合，直接介导病毒对宿主细胞的感染及融合。这些功能性蛋白质对病毒的感染与复制有着重要作用，单独或同时干扰其中一个或多个蛋白质的功能，抑制其活性，便能阻断病毒感染宿主细胞或在宿主细胞内自我复制的进程，从而起到治疗的效果。
CRISPR/Cas13d系统的一大优点是设计gRNA的灵活性，因为Cas13d的RNA靶向切割活性并不依赖于特定的相邻序列（如DNA编辑效应物Cas9的NGG序列）的存在。这一特性满足了快速开发gRNA以针对可以进化并可能逃避传统药物的不同病毒变体的要求。
研究人员共设计了10 333个gRNA，它们特异性靶向SARS-CoV-2病毒RNA基因组的10个肽编码区，而不影响人类转录组（图d）。
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腺相关病毒（AAV）具有良好的安全性，可以作为载体将Cas13d效应物传递给SARS-CoV-2感染患者。而Cas13d效应物较小的体积也适合于带有gRNA阵列的“一体化”AAV递送，因为AAV的最大装载容量大约只有4.7KB左右。具体来说，多达3个靶向SARS-CoV-2 RNA基因组不同肽编码区的gRNA可被打包进一个AAV载体（图e），这样能使系统更有效地清除病毒、预防耐药性。
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此外，肺部是SARS-CoV-2感染的主要器官，AAV具有对肺部高度特异性的血清型，因此可用于CRISPR系统的靶向传递。而Cas13d的表达可由组织特异性启动子驱动，实现对感染器官的精确治疗。类似的策略也适用于其他类型的RNA病毒。
综上所述，研究人员提议CRISPR/Cas13d系统可作为一种简单、灵活、快速的治疗和预防RNA病毒感染的潜在方法。不过，在将该系统用于患者治疗之前，需要进一步在动物模型中研究确定该系统清除SARS-CoV-2及其他RNA病毒的安全性和有效性。如果被证明是有效的，这种治疗方法将为全世界的患者提供更多的选择，以对抗那些有可能迅速进化和发展耐药性的威胁生命的病毒。
相关论文：
[1] Tuan M. Nguyen, et al. Virus against virus: a potential treatment for 2019-nCov (SARS-CoV-2) and other RNA viruses. Cell Research (2020). https://doi.org/10.1038/s41422-020-0290-0