CRISPRa加入肥胖之戰(zhàn)，無需對(duì)基因組進(jìn)行編輯就能對(duì)抗肥胖

在一項(xiàng)重要的新研究中，來自美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校的研究人員證實(shí)CRISPR療法可以在不切割DNA的情況下減少體內(nèi)的脂肪。他們利用一種經(jīng)過修飾的CRISPR版本提高某些基因的活性，從而阻止攜帶著導(dǎo)致極端體重增加易于發(fā)生的基因突變的小鼠出現(xiàn)重度肥胖。重要的是，他們實(shí)現(xiàn)了持久的體重控制，而無需對(duì)小鼠基因組進(jìn)行一次基因編輯。相關(guān)研究結(jié)果于2018年12月13日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“CRISPR-mediated activation of a promoter or enhancer rescues obesity caused by haploinsufficiency”。

單拷貝突變導(dǎo)致許多人類疾病

盡管人類基因組包含每個(gè)基因的兩個(gè)拷貝，一個(gè)拷貝來自父親，另一個(gè)拷貝來自母親，但是科學(xué)家們已知道在至少660個(gè)基因中，僅一個(gè)拷貝發(fā)生突變就能夠?qū)е录膊。渲械囊恍┘膊∩踔潦菤缧缘摹Ｖ囟确逝志褪沁@樣的一種疾病。在這項(xiàng)新的研究中，這些研究人員利用重度肥胖作為一種模型，旨在開發(fā)新的治療方法來自治療這些由單拷貝突變引發(fā)的疾病。

基因SIM1或MC4R---兩個(gè)在調(diào)節(jié)饑餓和飽腹感中起著至關(guān)重要作用的基因---的單個(gè)拷貝發(fā)生突變?cè)谥囟确逝只颊咧惺墙?jīng)常觀察到的。當(dāng)這些基因的兩個(gè)拷貝都起作用時(shí)，人們通常能夠控制他們的食物攝入。但是基因突變能夠讓其中的一個(gè)拷貝失去功能，這迫使人體完全依賴于單個(gè)正常的基因拷貝，然而這個(gè)正常的基因拷貝本身無法足夠地發(fā)出飽食信號(hào)，這就使得受到影響的個(gè)人具有無休止的食欲。結(jié)果就是他們無法控制他們的食物攝入并最終導(dǎo)致重度肥胖。但是，CRISPR技術(shù)取得的最新進(jìn)展可能提供一種治療方案。

論文通訊作者、加州大學(xué)舊金山分校生物工程與治療科學(xué)教授Nadav Ahituv博士說，“我們認(rèn)為如果我們能夠增加現(xiàn)有的一個(gè)功能性基因拷貝的表達(dá)劑量，我們就可能阻止攜帶單拷貝突變的個(gè)人患上許多人類疾病。我們能夠通過使用在加州大學(xué)舊金山分校開發(fā)的一種基于CRISPR的新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”

利用CRISPRa激活抑制食欲的基因

在這項(xiàng)新的研究中所涉及的這種技術(shù)是一種稱為CRISPR介導(dǎo)激活（CRISPR-mediated activation, CRISPRa）的技術(shù)。它是由加州大學(xué)舊金山分校細(xì)胞與分子藥理學(xué)教授Jonathan Weissman博士及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)出來的，它與常規(guī)CRISPR的不同之處在于它不會(huì)對(duì)宿主基因組進(jìn)行切割。它保持了常規(guī)CRISPR的引導(dǎo)系統(tǒng)，這種引導(dǎo)系統(tǒng)經(jīng)編程后能夠靶向特定的DNA序列，但是將與一串短肽（即SunTag array）融合在一起的沒有切割活性的Cas9（dCas9）替換常規(guī)CRISPR中的有切割活性的Cas9。當(dāng)CRISPRa找到其靶DNA序列時(shí)，這一串短肽能夠在細(xì)胞中招募轉(zhuǎn)錄激活因子，從而促進(jìn)特定基因表達(dá)，但是沒有發(fā)生基因編輯。

在認(rèn)識(shí)到它的潛力后，這些研究人員構(gòu)建出靶向調(diào)節(jié)SIM1或MC4R活性的序列的CRISPRa系統(tǒng)。他們?cè)诮?jīng)過基因改造后僅有SIM1或MC4R的一個(gè)功能性拷貝的小鼠中，利用一種病毒運(yùn)送系統(tǒng)將這些CRISPRa構(gòu)造體導(dǎo)入到小鼠的大腦饑餓控制區(qū)域中。

接受CRISPRa構(gòu)造體注射的小鼠比沒有接受CRISPRa構(gòu)造體注射的小鼠產(chǎn)生更多的SIM1或MC4R，而且，產(chǎn)生的SIM1或MC4R數(shù)量與具有這些基因的兩個(gè)功能性拷貝的小鼠在正常情形下產(chǎn)生的數(shù)量相當(dāng)。最為重要的是，增加的表達(dá)劑量足以阻止這些小鼠變得肥胖。

論文**作者、Ahituv實(shí)驗(yàn)室研究員Navneet Matharu博士說，“這些結(jié)果是激動(dòng)人心的。缺失一個(gè)SIM1基因拷貝的小鼠在4周齡時(shí)接受了CRISPRa注射，并且像正常小鼠那樣保持健康的體重。未接受CRISPRa注射的小鼠不能停止進(jìn)食。它們?cè)?周齡時(shí)開始體重增加，而且到10周大時(shí)，攝入普通飲食的它們出現(xiàn)重度肥胖。”

接受CRISPRa治療的小鼠在體重上要比未治療的小鼠減輕30％至40％。這種效果也是持久性的。這些研究人員對(duì)這些小鼠進(jìn)行了10個(gè)月的監(jiān)測(cè)---這是小鼠正常壽命的一小部分---并且發(fā)現(xiàn)那些接受CRISPRa單次治療的小鼠在監(jiān)測(cè)期間保持了健康的體重。

Matharu說，“這些結(jié)果表明，CRISPRa可能用于提高因一個(gè)基因拷貝缺失引起的疾病中的基因表達(dá)劑量，從而為某些形式的肥胖以及數(shù)百種其他疾病提供一種潛在的治療方法。”

CRISPRa能夠克服基因編輯的局限性

這些研究人員認(rèn)為，通過使用CRISPR對(duì)這些小鼠的基因組進(jìn)行編輯，也可能取得類似的結(jié)果，但是他們認(rèn)為相比于這種常規(guī)的基因編輯技術(shù)，CRISPRa具有許多優(yōu)勢(shì)。

論文共同作者、加州大學(xué)舊金山分校糖尿病研究主任Christian Vaisse博士說，“出于治療目的，CRISPRa可能優(yōu)于常規(guī)CRISPR。它解決了許多與對(duì)基因組進(jìn)行**性修飾相關(guān)的問題，并且它有潛力治療多種不能選擇基因編輯加以治療的遺傳疾病。”

盡管常規(guī)CRISPR靶向特定的DNA序列，但是人們已觀察到它存在脫靶效應(yīng)。對(duì)常規(guī)CRISPR而言，這可能無意中導(dǎo)致基因組發(fā)生**性變化，從而產(chǎn)生潛在有害的結(jié)果。然而，與CRISPRa相關(guān)的脫靶效應(yīng)不太可能具有破壞性，這是因?yàn)樗鼪]有導(dǎo)致**性變化。事實(shí)上，這項(xiàng)新的研究表明利用CRISPRa靶向啟動(dòng)子和增強(qiáng)子---控制基因何時(shí)何地開啟的非編碼DNA序列---似乎能夠阻止脫靶效應(yīng)，同時(shí)將所需的效果限制在感興趣的特定組織中。

這些研究人員還指出CRISPRa可能用于治療其他類型的遺傳疾病。就目前而言，由所謂的“微缺失（microdeletion）”---這一術(shù)語指的是較大的橫跨上百萬個(gè)核苷酸和多個(gè)基因的染色體片段缺失---引起的疾病對(duì)常規(guī)CRISPR來說因缺口太大而無法加以修復(fù)。在這種情況下，CRISPRa可能通過增加染色體上未受影響的基因拷貝的活性來補(bǔ)償這種微缺失。他們表示，在基因完全喪失（即一個(gè)基因的兩個(gè)拷貝都失去活性）的情況下，CRISPRa還可能激活另一個(gè)具有相似功能的基因來補(bǔ)償這個(gè)缺失的基因。

Ahituv說，“盡管這項(xiàng)新的研究著重關(guān)注肥胖，但是我們認(rèn)為我們的系統(tǒng)可能用于僅一個(gè)基因拷貝的缺失就能夠?qū)е录膊〉娜魏吻樾巍Ｎ覀兊姆椒ㄕ故玖怂谥委煻喾N疾病上具有巨大的治療潛力，而且我們能夠在不對(duì)基因組進(jìn)行任何編輯的情況下實(shí)現(xiàn)這些益處。”