在一项最近发表于《科学•进展》（Science Advances）杂志的研究中，德州大学西南医学中心（UT Southwestern）的科学家们开发出一种方法，该方法能够提升CRISPR基因编辑技术治疗杜氏肌营养不良症（Duchenne muscular dystrophy，DMD）的效率，还可能影响对其他疾病基因疗法的优化。

该发现源于德州大学西南医学中心的一项研究，该研究将单-切割基因编辑技术用于小鼠和人类细胞，以纠正一种构成DMD基础病因的常见突变。DMD是一种因dystrophin蛋白（一种对肌肉功能至关重要的蛋白质）缺失导致的致命疾病。

在测试这项技术时，科学家发现：调整CRISPR基因编辑组分的剂量可以显著改善所编辑基因产生的dystrophin蛋白数量。他们进一步发现，最佳组分比例的改变取决于DNA的哪一部分被编辑。

“在我们针对dystrophin基因其他缺陷部分测试CRISPR时，调整我们的配方对于获得最佳结果可能是重要的，”该研究领导者Eric Olson博士说，“这一新发现将进一步加速CRISPR在DMD甚至许多其他疾病治疗上的使用。”

意料之外的发现

研究人员使用的基因编辑技术需要两种组分：一种是切割DNA的名为Cas9的酶，另一种是像“分子GPS”一样将Cas9引导到基因组特定DNA序列的向导RNA。

Olson博士的实验室开发了一种方法，通过将Cas9装入腺相关病毒（AAV，一种用于将编辑组分递送到细胞的无害病毒）来编辑 dystrophin基因的缺陷部分。向导RNA也被装入AAV以引导Cas9至突变位点切割DNA。

该编辑过程能够绕过基因突变，使得使肌肉纤维可以产生dystrophin蛋白，Olson博士之前在大型哺乳动物、小鼠和人体细胞中取得了积极的结果。

在这些研究中，研究团队采用了标准1:1比例的Cas9和向导RNA，以帮助恢复肌肉中dystrophin蛋白的生成，达到正常的90%以上。

而在靶向该基因不同部分的新研究中，研究人员发现1:1的比例无法取得同样好的效果：在递送到血流时，dystrophin蛋白仅恢复到正常的5%。

通过反复试错，科学家发现向导RNA和Cas9酶10:1的比例可以对dystrophin基因特定节段产生最好的编辑。在4周的CRISPR给药过程中，携带一种常见DMD突变的小鼠肌肉和心脏纤维的dystrophin产量恢复大约90%。

“这是令人惊讶的，”该研究第一作者Yi-Li Min博士说，“我们一直使用两种病毒等量递送向导RNA和Cas9，从未想过研究改变两者的比例。”

缺陷的外显子

DMD是男孩中最常见的致命遗传病，会导致心脏与肌肉衰竭。患者肌肉退化不得不与轮椅为伴，并最终因横膈膜肌无力而需要呼吸机支持，通常在30岁前早亡。尽管科学家几十年前就已经知道构成dystrophin基因的79个外显子中任意一个发生缺陷都可能导致该病，但目前尚无有效的治疗手段。

Olson博士已经发表了多项研究，在这些研究中，他的实验室在DNA的关键位置进行单-切割以纠正突变。他的实验室已经开发出靶向DMD患者中5种最常见缺陷的CRISPR基因编辑技术，其中包括最近专注于44号外显子缺失的研究，这5种缺陷约占全世界病例的一半。44号外显子位于dystrophin基因最常见的突变热点区域之一，靶向该外显子的临床疗法可能使12%的患者受益。

该技术尚未获批用于临床，但Olson博士的团队去年发表于《科学》（Science）杂志的研究朝着这个目标迈进了一大步。该研究显示，CRISPR对51号外显子的编辑可以阻止狗类的DMD进展。

在几周的基因编辑过程中，缺失的蛋白质开始在全身的肌肉组织中恢复，心脏中恢复了92%，横膈膜（呼吸所需的主要肌肉）中恢复了58%。科学家们估计恢复15%即可对患者带来显著帮助。

该实验室正在狗类中进行长期研究，以测量dystrophin蛋白水平能否保持稳定，并确保该基因编辑不会造成不良副作用。

Olson博士希望狗类研究后可以进行临床试验，这将是德州大学西南医学中心计划在未来几年内启动的解决致命儿童疾病为目的的基因治疗项目之一。

“在临床应用之前我们还有很多工作要做，”Olson博士说，“但目前已经取得的进展非常令人兴奋。”

外文：Scientists find method to boost CRISPR efficiency