摘要
眼下，杨辉团队已开始尝试以小鼠和猴为模型，用基因编辑研究治疗罕见病。在杨辉看来，相对于漫长、艰难的新药研发进程，基因编辑技术能更快为罕见病患者找到治愈的希望。
记者
陈冰
基因编辑是21世纪生命科学最重要的技术之一。年，号称“基因剪刀手”的CRISPR/Cas9技术问世，通过对相关DNA进行切割和编辑，从而起到抵御病毒及质粒入侵的作用。
但是，针对单个基因的编辑行为，会不会导致其他地方发生意外，出现组织异常生长、引发癌症等问题，至今仍然是个谜。尤其是使用CRISPR进行人体治疗时，很难精确地知道其可能带来的影响范围，有的细胞可能会被修复，而有些则不会，这种“马赛克”效应充满了未知。
随后出现的单碱基编辑技术BE3则是被寄予厚望的高精度基因编辑技术。由于单碱基基因编辑器不引入DNA断裂，过去一直被认为比传统方法更加高效而安全，成为脊髓性肌营养不良、地中海贫血、血友病、视网膜黄斑变性、遗传性耳聋等罕见病基因治疗的热门工具之一。
年3月，中科院脑科学与智能技术卓越创新中心的杨辉团队在Science杂志上发表论文称，单碱基编辑技术BE3存在全基因组范围内的DNA脱靶效应，为超速行驶的基因编辑技术踩下“刹车”。
时隔3个月，6月10日深夜11点，英国《自然》杂志在线发表杨辉团队的论文《DNA碱基编辑技术引起RNA脱靶及其通过突变消除RNA活性》，指出单碱基编辑技术除了会造成DNA脱靶效应，还存在无法预测的RNA脱靶——不仅BE3系统存在大量的RNA脱靶，之前被认为在基因组水平不产生脱靶的ABE系统也存在RNA脱靶。此外，团队还发现很高比例的RNA脱靶发生在癌基因和抑癌基因上，如果用于临床治疗有较大的致癌风险。
这项发现再次证明：单碱基基因编辑技术在当下是非常不完善的，它会导致大量的癌基因和抑癌基因突变，其安全性需要审慎考量。
基因剪刀手的脱靶之痛
我们知道基因就是有遗传效应的DNA片段。人类的DNA由31亿多个碱基对组成，这31亿多个碱基对是由ATCG4种碱基有机地排列组合而成。
人类大概有到个基因。基因任何的微小变化都可能会改变我们重大的功能性状。在一个极端情况下，即便是一个碱基的变化都能导致基因功能的改变或者缺失，导致疾病。而我们几乎有50%的单基因的遗传病，都是由于一个碱基变化导致的。
科学家设想是否能有一把镊子把这个碱基给换掉，这样就可以达到疾病治疗的目的。想法是非常简单，但是要实现起来非常难。为什么呢？
首先DNA非常小，只有2纳米，比头发丝还要细倍，所以用一个镊子来操作是非常非常困难的。另外只有一个碱基的变化，但是我们基因组有31亿个碱基对，要找到它都非常困难，并且找到的同时是否会引起另外31亿个碱基的破坏呢？这也是无法得知的。
所以科学家一直在追求一种方法，我们称之为“基因编辑”——就是在特定的片段进行DNA小片段的插入、敲除或者替换。
要实现这个目的要有三个过程。
首先是识别，需要找到它，找到特定的位置，特定的突变，这是最关键的部分。找到这个突变之后就要将突变给剪掉。剪掉之后再提供一个正常的模板，然后进行修复。
而基因编辑技术，最主要的用途是用来治疗各种各样的疾病，包括癌症、心血管疾病、老年痴呆，以及一些感染性的疾病。其中基因编辑最重要的一个应用，就是可以治疗单基因遗传性的罕见病。
罕见病其实并不罕见，全球目前发现的罕见病有多种，总人口超过3亿，比肿瘤总的人口还要多。而大部分是单基因的遗传型疾病，有一半发生在儿童时期，一旦发病是伴随终生的，患者痛苦不堪。90%以上的这一类疾病都没有任何的治疗方式。这个情况在中国尤为明显，有21种罕见病面临着国外有药但中国没有药的情况。
无论是CRISPR/Cas9技术，还是单碱基编辑技术，这两种技术应用于临床的最大瓶颈就是脱靶问题。
杨辉指出，我们的目标位点只有一个，但是脱靶的位置有31亿个，所以脱靶的概率是非常高的。如果脱靶发生在癌基因或者抑癌基因之上，它就会导致癌症的产生。
如何高效地避免脱靶是一方面，另外一方面就是如何用高效敏感的技术检测到这些脱靶。杨辉团队今年3月份建立了一种能够全基因组范围内高效灵敏地检测脱靶的方法，这个发现一经发表在Science杂志上之后，有两家公司正在推向临床的两个基因药物项目被迫终止了。
“大家可以想象，一旦它们上了临床之后，会对细胞造成大量的脱靶，可以造成20倍于正常状态的基因突变！病人早期可能可以受益，但是过了几年之后可能都会变成癌症的高发人群。这种安全性的缺失是非常可怕的。”杨辉说。
新技术诞生！
虽然杨辉团队为基因编辑技术踩下了刹车，与此同时，他们还带来了一个好消息——通过点突变的方式对三种单碱基编辑工具进行突变优化，使其完全消除RNA脱靶的活性，从而获得三种更高精度的单碱基编辑工具，为单碱基编辑基础进入临床治疗提供了重要的基础。
▲杨辉在介绍新一代基因编辑技术。中国科学院科技摄影联盟摄/谢震霖
“大部分基因编辑技术都是以病毒为载体，将一把把‘小剪刀’运输到细胞内。”杨辉解释，尽管有导航分子，但更多“小剪刀”处于误打误撞的脱靶状态，误伤许多RNA。
通俗一点讲，就是搭载“小剪刀”的蛋白有一些会与RNA“拉手”的结构——这样“小剪刀”就会被蛋白“误导”去修改RNA。杨辉团队尝试让这些结构“沉默”，最终获得能够完全消除RNA脱靶并且维持DNA活性的高精度单碱基编辑工具。
对于杨辉团队的工作，评审专家给出了高度评价：
“总的来说，这是一项做得很好的研究，并有适当的对照控制。提供了减少的RNA脱靶的单碱基编辑器，对基因编辑领域具有重要价值（Overall,thisisawell-donestudywithpropercontrols.Theresultingconstructsthatofferreducedoff-targetRNAeditingwillbeofgreatvaluetothegenomeeditingfield）”。
“这是该领域的重要发现，并且突变体提供了有用的解决方案。实验做得很好，结果令人信服。”（Overall,thisisanimportantfindingforthefield,andthevariantsprovideausefulsolution.Theexperimentsarewelldoneandtheresultsareconvincing.）”
毫无疑问，杨辉团队发现的这三种更安全、更高精度的新一代基因编辑工具，将为基因编辑应用于临床治疗提供重要安全保障。
眼下，杨辉团队已开始尝试以小鼠和猴为模型，用基因编辑研究治疗罕见病。在杨辉看来，相对于漫长、艰难的新药研发进程，基因编辑技术能更快为罕见病患者找到治愈的希望。
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