基因编辑技术在唐氏综合征治疗中的研究进展与展望

2013年7月，蒋军等人利用基于ZFN的基因组编辑技术，将XIST基因插入了来自唐氏综合征患者诱导多能性(iPS)的21号染色体DYRK1A位点。XIST基因会产生一个长链RNA覆盖这个21号染色体，从而成功关闭了整个多余的21号染色体，使基因编辑后的细胞恢复正常功能。这一策略可能为唐氏综合征的发展和治疗提供新的思路。

通过将XIST基因插入21号染色体，成功地闭合了整个额外的21号染色体。图片来自Nature，2013，Doi :10.1038/Nature 12394。

2017年3月，佐藤浩等人利用CRISPR/Cas9系统介导的DNA切割后同源重组，将含有GFP(编码绿色荧光蛋白)和反向loxP位点包围的HSV-tk基因的DNA盒整合到21三体HeLa细胞的21号染色体拷贝中。诱导后表达的Cre重组酶，诱导反向loxP位点标记的染色体上的姐妹染色单体重组，导致着丝粒染色体21和着丝粒染色体21不稳定。最后，在含有抗病毒药物更昔洛韦(GCV)的培养基中成功筛选出缺乏额外21号染色体的HeLa细胞。

2017年6月，中国科学家将他们设计的用于敲除21号染色体的CRISPR系统转移到唐氏综合征动物模型的细胞中。经过一段时间的培养和筛选，这些细胞中的21号染色体数目逐渐恢复正常。因此，这种CRISPR染色体敲除系统具有用于校正唐氏综合征儿童21号染色体数目的潜力。

2017年11月，中国科学家发现CRISPR/Cas9介导的多位点DNA切割特异性消除了唐氏综合征患者细胞中的一条21号染色体。这为利用CRISPR/Cas9介导的消除靶染色体构建动物模型和治疗非整倍体疾病(如唐氏综合征)提供了新的策略和方法。

2021年5月，中国科学家发现唐氏综合征患者的皮质器官存在皮质发育缺陷和DSCAM信号通路的异常表达。利用CRISPR/Cas9基因编辑方法敲除DSCAM基因，可以有效挽救唐氏综合征患者皮质器官中神经前体细胞增殖减少和皮质神经元缺损。

图片来自临床研究杂志，2021，DOI :10.1172/JCI 135763。

2022年3月，徐磊等人利用DS-细胞制造GABA中间神经元和胸膜内神经节突起(MGE)样器官，发现受损的线粒体异常聚集在来自DS患者的GABA中间神经元和MGE样器官的细胞的核周区，DS患者受损的线粒体功能与DSCAM-PAK1通路有关。基因编辑被用来抑制DSCAM-PAK1通路，以纠正DS患者细胞核周围线粒体的异常聚集。

2.前景

虽然科学家在利用基因编辑技术开发唐氏综合症的治疗方法方面取得了一些进展，但这些方法中的大部分仍然没有效果。

众所周知，基因编辑技术存在一定的脱靶效应，其安全性尚未得到解决，因此人们很难预测和评估脱靶效应给DS患者带来的健康风险。此外，目前针对DS患者的基因编辑研究大多是利用细胞实验和动物模型在体外进行的，尚未进行临床试验，其有效性和安全性尚不可知。此外，这些体外研究与DS患者的研究有很大不同，因此直接应用体外DS患者细胞的基因编辑方法是不实际的。2021年8月，Julian D. Gillmore等人使用CRISPR/Cas9对6名淀粉样变运载蛋白(ATTR)患者进行了基因编辑，结果表明这种基因编辑是安全有效的。虽然这一进展令人鼓舞，但这6名患者长期未得到随访，临床试验规模太小，没有针对更大人群开展进一步研究。

再者，相比正常人体内仅有两条21号染色体，DS患者体内存在着三条21号染色体。不论采用哪种基因编辑技术，在对鐽患者体内的细胞进行基因编辑时，如何确保仅使其中的一条21号染色体失活而不会导致两条甚至三条21号染色体失活也是一个技术难点。此外，如何有效地将用于基因编辑的蛋白或基因递送到鐽患者的靶细胞中也是一大挑战。

不过，在未来，随后科学家们从病理学、分子生物学、基因、蛋白和组学等不同角度深入探究ZFN，塔伦和不同类型的CRISPR/Cas系统及其改进版本等基因编辑技术的详细作用机制，有朝一日人们最终能够利用基因编辑技术治疗唐氏综合征。(100医药网100yiyao.com)

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