清华大学谭旭研究组在《Cell Research》发文报道研发出一种体内靶向基因治疗新方法

摘要

2017年1月24日，清华大学谭旭研究组与美国俄亥俄州立大学董一洲研究组合作在《Cell Research》上发表了题为《A non-viral CRISPR/Cas9 delivery system for therapeutic gene targeting in vivo》的文章，在国际上首先研发出一种新型CRISPR/Cas9递送系统，其能够在体内递送CRISPR/Cas9至肝脏，并在单链引导RNA（sgRNA)的引导下靶向切割外源或内源致病基因从而达到治疗肝病的目的。该种新型递送系统为CRISPR/Cas9这一强有力的基因编辑工具，在临床上的实际应用开辟了新途径。

自上个世纪90年代以来，基因治疗逐渐兴起，其通过补偿基因缺陷或修正异常致病基因从而达到治疗的目的。CRISPR/Cas9是在细菌中发现的一种DNA剪切编辑系统，由于其高效特异的DNA剪切和编辑能力在科研领域已经得到广泛应用，而在临床治疗中其应用前景也非常值得期待。已有的CRISPR/Cas9体内输送是通过运用腺病毒表达体系来表达Cas9和guide RNA，如同腺病毒在基因治疗历史中的巨大作用一样，但也存在诸如腺病毒缺乏靶向性，本身免疫源性较高，病毒在体内有一定重组突变机率等问题。而且，腺病毒在细胞内的长期稳定表达Cas9 DNA酶，也有可能带来长期的毒副作用。

基于脂质纳米颗粒的核酸输送系统已经在活体内输送小RNA，如siRNA上表现出良好的效果。谭旭课题组与董一洲研究组合作研发了一种新型脂质纳米颗粒系统，其可以包裹Cas9蛋白的mRNA以及单链引导RNA并在活体内有效的输送至肝脏并进行表达,对特定致病基因进行切割。

为测试所研发的新型脂质纳米颗粒系统的实际效果，研究组分别选取了以下一个外源性靶点和一个内源性靶点进行测试。选择的外源性靶点是乙肝病毒（HBV）基因组。全球乙肝病毒感染者约有3.5亿人，而在中国更是一个严重的社会问题。乙肝病毒难以彻底清除的主要原因是其基因组以一种共价闭环DNA（covalently closed circular DNA或cccDNA）形式存在，而现有治疗手段均无法触及cccDNA；选择的内源性靶点前蛋白转化酶枯草溶菌素9（Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9, PCSK9）是当前针对高胆固醇血症和其它心血管疾病药物研发的重要靶点。就目前来看，针对PCSK9的药物主要是抗体类药物，需要长期多次服用，价格昂贵。上述二者均有希望通过编辑其基因序列而达到治疗的目的，故研究组选取此二者为对象，测试这种新型的药物递送系统。

研究发现在细胞水平上，经这种新型脂质纳米颗粒（LNP）包裹的Cas9/sgRNA，能够有效地对细胞中HBV cccDNA和Pcsk9基因进行切割，并有效地降低HBV相关抗原的表达。动物实验结果表明，这种新型脂质纳米颗粒可以有效递送Cas9/sgRNA输送至肝脏进行表达，并且尾静脉注射6小时后Cas9蛋白表达量达到最大，其后逐步降低，24小时后消失。在肝脏内，所递送的Cas9/sgRNA能对内外源基因序列进行有效的特异性剪切，进而降低相关蛋白的表达量。一次注射能有效降低乙肝病毒表达量50％以上。国际审稿人认为这项工作是本领域激动人心的成果，对CRISPR/Cas9系统未来的临床转化研究有重要意义。该研究成果以通讯形式于2017年1月24日在线发表于《Cell Research》上。

论文通讯作者为谭旭和董一洲。清华大学生命科学学院博士生蒋超、梅淼，俄亥俄州大学博士后李斌、清华大学医学院博士生朱修锐为共同第一作者。清华大学生物医学工程系的郭永课题组也有重要贡献。该工作得到了科技部重点研发计划，中组部青年千人计划，生命科学联合中心和美国盖茨基金会的资助。

文章链接:

http://doi:10.1038/cr.2017.16

示意图

纳米脂质颗粒剪切乙肝病毒

图示：纳米脂质颗粒能有效地把Cas9 mRNA和针对乙肝病毒DNA的引导RNA输送到动物的肝细胞内。Cas mRNA随后被翻译成 Cas9蛋白，蛋白与引导RNA结合后特异性的识别乙肝病毒DNA并对其进行剪切，导致病毒DNA突变或者降解，从而从源头上降低病毒的水平。