葉韋熙（Wei Hsi Yeh）在讀本科期間,，她的一位密友突然毫無征兆地雙耳失聰，醫(yī)生無法診斷出病因,。直到數(shù)年后,，她作為第一作者，與 Broad 研究所 CRISPR 大牛劉如謙（David Liu）博士一起,，于近日發(fā)表了一篇單堿基編輯治療耳聾小鼠的論文,，并登上 Science Translational Medicine 的封面。

（來源：Science Translational Medicine）

在美國,，12 歲以上的人中有八分之一都患有聽力障礙，盡管通過助聽器或人工耳蝸可以部分緩解聽力損失,，但是有一半多的人都是遺傳性疾病,，目前或許只有基因編輯可以從生物學(xué)角度真正解決這個(gè)問題。兩年前,，葉韋熙和劉如謙聯(lián)合其他研究人員首次修復(fù)了顯性突變并阻止聽力下降,。但是劉如謙認(rèn)為，包括遺傳性聽力損失在內(nèi)的大多數(shù)遺傳疾病不是由顯性突變引起的,，而是由隱性遺傳引起的,。

而這篇論文主要是通過雙 AAV 載體遞送單堿基編輯器，從而恢復(fù) Tmc1 基因隱性突變導(dǎo)致的完全耳聾小鼠的聽力,。

這是世界首個(gè)成功利用基因編輯技術(shù)修復(fù)隱性致病突變的實(shí)驗(yàn),。在經(jīng)過完善之后，或許亦可以用來改善 Tmc1 突變患者的聽力,。

圖 | 劉如謙（來源：Stat）

幾乎沒有可檢測(cè)到的脫靶

人類或動(dòng)物的聽力主要依賴于內(nèi)耳的毛細(xì)胞,，買細(xì)胞在聲波壓力下彎曲并向大腦發(fā)送電脈沖，Tmc1 基因的隱性突變導(dǎo)致這些毛細(xì)胞迅速退化,，孩子在四周大的時(shí)候就會(huì)徹底喪失聽力,。

由顯性突變引起的遺傳疾病，其基因的兩個(gè)拷貝中只有一個(gè)出錯(cuò),，因此破壞或者沉默有問題的顯性基因可能是有效的,。但是因?yàn)榇蠖鄶?shù)遺傳性聽力喪失都是隱性突變導(dǎo)致的，這就意味著有兩個(gè)錯(cuò)誤的拷貝，因此必須要修復(fù)或者替換該基因,，而不是整體切除,。

此前，哈佛醫(yī)學(xué)院耳鼻喉科和神經(jīng)病學(xué)教授,、該文作者之一 Jeffrey Holt 曾試圖使用腺相關(guān)病毒載體（AAV）把功能性拷貝的 Tmc1 基因遞送到不健康的細(xì)胞中,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以恢復(fù)聾小鼠的聽力。但是這種方法持續(xù)時(shí)間有限,，并且研究人員擔(dān)心遞送外源基因可能會(huì)因基因的過度表達(dá)而引起并發(fā)癥,。

而基因編輯技術(shù)可以直接修復(fù)突變基因，并且可能會(huì)終生有效,。

圖 | 小鼠耳蝸的共聚焦顯微鏡圖像,，綠色的毛細(xì)胞。未經(jīng)處理的具有 TMC1 突變的小鼠耳蝸,，顯示出毛細(xì)胞丟失（左）,。來自同一只小鼠的經(jīng)處理的耳蝸，具有毛細(xì)胞保存功能（右）（來源：Science）

因此,，在這項(xiàng)研究中,，他們選擇使用 CRISPR 技術(shù)，但是因?yàn)?CRISPR 的傳統(tǒng)編輯方法是對(duì) DNA 片段整體進(jìn)行剪輯或切除,，所以他們使用了改造后的 CRISPR 技術(shù)——堿基編輯,，這樣可以找到并重寫基因編輯中的錯(cuò)誤，而不是整體切除 DNA 片段,。

盡管堿基編輯器（Base Editor）在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中效果顯著,，但是在動(dòng)物試驗(yàn)中，因?yàn)閴A基編輯器太大,，無法被 AAV 容納和遞送,。所以研究人員選擇把編輯器分為兩半，并用兩個(gè) AAV 共同遞送,，到內(nèi)部之后,，兩個(gè) AAV 共同感染同一細(xì)胞，被分開的編輯器重新結(jié)合并尋找靶點(diǎn),。

研究人員給出生一天的有 Tmc1 突變的小鼠注射了藥物,，他們發(fā)現(xiàn)這種療法成功地編輯了錯(cuò)誤的 Tmc1 基因，小鼠耳朵里出現(xiàn)功能正常的毛細(xì)胞,，能夠傳遞聲音信號(hào),。

葉韋熙也進(jìn)行了非正式測(cè)試，她拍了拍手,，以前喪失聽力的老鼠跳了起來并且回頭去看,。正式測(cè)試顯示,，基礎(chǔ)編輯器至少可以部分起作用：經(jīng)過處理的小鼠的聽力已部分恢復(fù)，可以對(duì)響亮的聲音甚至某些中等的聲音做出反應(yīng),。

“我們幾乎沒有看到可檢測(cè)到的脫靶”,，劉如謙說，“而且我們注意到,，經(jīng)過編輯的動(dòng)物具有保存完好的毛細(xì)胞形態(tài)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),，這意味著將聲波轉(zhuǎn)換為神經(jīng)元信號(hào)的關(guān)鍵細(xì)胞毛細(xì)胞重回正常，行為也更正常,?！?/span>

這項(xiàng)關(guān)于聽力治療的研究還在進(jìn)行中，小鼠雖然能聽到 60 分貝左右的聲音,，但是正常聽覺動(dòng)物可以聽到 30 分貝柔和的聲音,，這是研究人員的下一個(gè)目標(biāo)。另外,，經(jīng)過治療的小鼠在六周后仍會(huì)出現(xiàn)聽力下降現(xiàn)象,，這也有待進(jìn)一步研究。

精準(zhǔn),、靈活的堿基編輯器

CRISPR 基因編輯工具不僅為未來基因工程和治療提供了全新的方案,，也為基因的全面研究及其在生命中的重要性探索提供了強(qiáng)大的工具。但是因?yàn)槭褂迷摴ぞ咝枰M(jìn)行大量的堿基修改,，容易出現(xiàn)脫靶效應(yīng),。

而基于 CRISPR 改良后的堿基編輯技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)或者兩個(gè)堿基的替換或增刪，不會(huì)造成 DNA 鏈斷裂,。

2016 年，劉如謙團(tuán)隊(duì)研發(fā)出首個(gè)可編輯 DNA 單堿基編輯器 CBE（Cytosine Base Editor）,，可以將 C-G 堿基對(duì)轉(zhuǎn)變成 T-A 堿基對(duì),；不久，該團(tuán)隊(duì)又獲得可將 A-T 堿基對(duì)轉(zhuǎn)變成 G-C 堿基對(duì)的堿基編輯器 ABE（Adenine Base Editor）,。以 CBE 為例,，可以重構(gòu)單堿基 C 的分子結(jié)構(gòu)，使其重組為 T,，從而觸發(fā)細(xì)胞對(duì)其他 DNA 鏈進(jìn)行修復(fù)以完成整個(gè)轉(zhuǎn)換過程,。而最終的結(jié)果就是 C-G 堿基對(duì)被成功轉(zhuǎn)換為 T-A 堿基對(duì)。

2017 年,，劉如謙憑借 “堿基編輯器” 當(dāng)選《自然》年度 10 大人物,。

（來源：MIT TR China）

去年，劉如謙團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開發(fā)出超精確的新型基因編輯工具 PE（Prime Editors）,，可實(shí)現(xiàn) ATCG 四種堿基間所有 12 種單堿基的自由“改變”,，并且能有效實(shí)現(xiàn)多堿基的精準(zhǔn)增刪,，CRISPR 先驅(qū)、哈佛大學(xué)化學(xué)家 George Church 評(píng)價(jià)稱：“這是朝著正確方向邁出的一大步,?！?/span>

參考：

https://stm./content/12/546/eaay9101

https://chemistry./news/promise-restore-hearing

https://www./research/david-liu-s-new-gene-editing-technique-restores-hearing-mice

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