Nature：提醒体细胞基因组编纂的倒退机会和挑战

2021年4月13日讯/BIOON/---遗传因素招致了年夜多半类型的人类疾病，包含性疾病、沾染性疾病和恶性疾病。是以，生物医学迷信的一个恒久目的是开辟一种伎俩来批改患者体内的基因组，以校订致病渐变，使入侵病原体的基因组生效，使免疫细胞攻打，并使有数其他医治机遇得以完成。在某些环境下，基因增加可以具备医治代价，并且基因疗法正在阅历越来越多的胜利。然而，在许多其他环境下，必需对患者的基因组进行编纂能力到达医治后果。基因组编纂普遍地包含分歧的技术，可以在分歧的情况下做出许多分歧的基因组改动，这个话题曾经成为近期的全面综述的主题。基因组编纂中的几个观点（图1）是SCGE同盟（Somatic Cell Gene Editing Consortium, 体细胞基因编纂同盟）的目的和策略的焦点。

在过来的几十年里，技术的稳步倒退使得用户可编程的基因组编纂已被引入，测试，改良和施行。这些技术包含同源重组、锌指核酸酶（ZFN）、归巢核酸内切酶（meganuclease）和转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）。比来，源自免疫路径的工程化分子复合物称为CRISPR-Cas体系，曾经彻底改动了基因组编纂，部门起因是它们的靶序列可以复杂地用易于设计的导游RNA进行编程。虽然有了这些有愿望的停顿，但在医治性基因组编纂的转化后劲可以充沛完成之前，挑战仍旧存在。

在一篇新的概念（Perspective）类型文章中，作者概述了SCGE同盟的目的和策略，该同盟是由美国国度卫生研讨院（NIH）成立的，旨在放慢订定应答这些挑战的解决方案。NIH在6年内拨款约1.9亿美元支持SCGE同盟，该同盟如今包含来自38家研讨机构的72名次要研讨职员，他们正在展开45个分歧但又互相联合的名目。

在过来十年之前，最有名的基因组编纂平台（ZFN、归巢核酸内切酶、TALEN和CRISPR-Cas9/Cas12a体系）简直完整依赖于如许一种意识，即对核酸酶诱导的基因组断裂的修复可以被用来诱导基因组编纂（图1a）---无论是基因敲除（通过非同源末尾连贯（NHEJ）或微同源介导的末尾连贯（MMEJ）发生的拔出或缺失），照样通过同源介导的修复（HDR）进行准确校订。一些编纂变乱波及到衍生的“货品”序列拔出到基因组：可能实现这一工作的重组酶和转置酶的自然例子曾经研讨了几十年，一些（例如，慢病毒）正在利用于和基因组编纂。此外，一些平台可以通过与其他效应卵白联合在一路，以部门或完整无核酸酶活性的模式完成。这些战略包含碱基编纂（base editing，即交融的脱氨酶酶重写单个核苷酸，而不诱导双链断裂）和领导编纂（prime editing，即交融的逆转录酶通过扩大的导游RNA模板引入编纂）。无核酸酶活性的模式也可以与改动染色质而不改动DNA序列的酶交融到一路（图1a）。当然，没有一种平台是得当一切的环境，并且胜利完成编纂的症结因素包含效率（预期位点有若干被编纂）、精度（所需的编纂与不所需的编纂的绝对频率）和精确性（若干中靶位点被无心编纂，以及在多年夜水平上无心编纂）。

用于在体内编纂细胞基因组的对象。图片来自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03191-1。

针对体细胞的基因组编纂既可以在体外进行，然后将编纂后的细胞从新导入患者体内，也可以在体内进行，这时需将编纂复合物送到体内组织。对体细胞组织和生殖系组织进行编纂的一个紧张的区别：后者有能够将基因变动通报给后辈。SCGE同盟严厉专一于体细胞编纂；生殖系编纂不仅被扫除在目的之外，并且被以为是一种不行承受的成果，应谨严避免。

基因组编纂技术曾经在各类疾病的植物模子中显示出功能，包含癌症、血液和代谢错乱、性失明和耳聋、神经肌肉疾病和神经体系疾病。这些胜利证实了向年夜型植物模子倒退的合感性。晚期阶段的标明，自体编纂细胞可以稳定地在人体中定植和继续存在，并且晚期申报标明并有体外编纂的异体T细胞可抵制癌症，以及使用自体造血打消镰状细胞疾病患者对输血的需求。

然而，体外编纂在逻辑上是简单的，低廉的，难以规模化，由于它必要年夜量的细胞制作根底举措措施。是以，在体内对体细胞编纂的办法正在开辟中，初步目的包含难以在体外制作的细胞类型（例如，在视网膜（NCT03872479）和肝脏（NCT03041324和NCT04601051））。这些研讨强调了基因组编纂在改恶人类安康方面的微小后劲。然而，它们也突显了必要解决这些技术的症结限定。详细来说，体内编纂在疗效和平安性方面仍旧面对着微小的阻碍，特殊是在眼睛和肝脏以外的器官体系。

为了在体内得到胜利，编纂器必需可能诱导细胞中任何目的核酸（包含细胞核DNA和线粒体DNA）产生一系列编纂。编纂器必需高效，但也必需平安，具备可承受的毒性程度，并只管即便削减对后天性免疫反馈的激活。对编纂器或递送载体的顺应性免疫也必需进行治理，特殊是在必要从新给送来编纂所需比例的目的细胞群体的环境下。异样，预存免疫（pre-existing immunity）在某些环境下能够必要加以克制或躲避。一个特殊艰难的挑战是开辟的递送技术，以平安和无效的方式递送编纂复合物到泛滥的组织中。这些作者试图更好地节制他们打算在每个靶位点上发生的准确的基因组变动，削减靶位点和中靶位点产生非预期批改的能够性，并更好地舆解非预期编纂变乱的生物学效果。