文｜推醫(yī)匯

Crispr基因編輯——一種分子剪刀可以讓科學(xué)家對生物體的DNA進(jìn)行有針對性的改變。Crispr基因編輯毫無疑問是治療鐮狀細(xì)胞病的一個希望。鐮狀細(xì)胞病是一種與之相關(guān)的血液疾病，被稱為地中海貧血，是一種罕見的失明，以及一種毀滅性的疾病，被稱為轉(zhuǎn)甲狀腺素淀粉樣變性，在這種疾病中，一種畸形的蛋白質(zhì)會在體內(nèi)堆積。有時候，科學(xué)家可以使用Crispr剪掉有問題的DNA以達(dá)到治療疾病的目的，但在某些情況下，保留一個基因并對其進(jìn)行微調(diào)，即系進(jìn)入表觀遺傳編輯，可能會達(dá)到更好的目的。

表觀遺傳學(xué)是研究DNA在一生中發(fā)生的化學(xué)變化，這些變化反過來又影響基因的表達(dá)。這些變化可能是由于一個人的行為(如飲食或吸煙)或環(huán)境暴露(如毒素或紫外線)造成的。表觀遺傳學(xué)是一種分子記憶，反映了我們多年來遇到的經(jīng)驗。這就是為什么，在擁有相同DNA密碼的同卵雙胞胎中，一個可能會患上癌癥，而另一個則保持健康。

雖然基因編輯依賴于改變DNA密碼本身，而表觀遺傳編輯則涉及到上調(diào)或下調(diào)單個基因的表達(dá)?；虬圃熘匾鞍踪|(zhì)的指令，而它們的表達(dá)是基因被“開啟”來制造它們的過程。如果將基因比喻成音板上的音量旋鈕，表觀遺傳編輯控制著它們的設(shè)置是“響亮的”還是“柔和的”。

對于這樣的“音量控制”進(jìn)行實驗是一個新領(lǐng)域，而剛好在今年5月發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的一項研究提供了一個有趣的線索，揭示了一個可能的應(yīng)用：對抗早期飲酒改變基因工作方式的方式。在之前的研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，青春期的酗酒會改變杏仁核的大腦化學(xué)成分–杏仁核是大腦中控制恐懼和快樂反應(yīng)的小杏仁形狀的部分。在嚙齒動物和人類身上，他們都發(fā)現(xiàn)，在生命早期接觸酒精似乎會減少一種名為Arc的基因的表達(dá)。這個基因是大腦可塑性的主要調(diào)節(jié)器，也就是大腦基于經(jīng)驗的適應(yīng)能力。當(dāng)Arc的表達(dá)被抑制時，這種變化與成年后易患焦慮和酒精使用障礙有關(guān)。

在這項新研究中，由伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校酒精表觀遺傳學(xué)研究中心主任、精神病學(xué)教授Subhash Pandey帶領(lǐng)的團(tuán)隊想看看他們是否可以通過在老鼠杏仁核中對Arc進(jìn)行表觀遺傳編輯來逆轉(zhuǎn)這種改變。他們構(gòu)建了一種經(jīng)過修改的Crispr形式，這種Crispr不是編輯或刪除基因，而是增加基因的表達(dá)。然后，他們將其注射到成年大鼠的大腦中，這些成年大鼠在青少年時期曾接觸過酒精——相當(dāng)于10至18歲的人類。這種早期的接觸意味著Arc的表達(dá)在成年動物中已經(jīng)受到抑制。Subhash Pandey表示他們瞄準(zhǔn)了杏仁核的中央核，因為這是處理進(jìn)入大腦的信息的關(guān)鍵中樞，也是焦慮、恐懼和飲酒行為的中心。

注射Crispr使Arc的表達(dá)恢復(fù)到基線水平，Subhash Pandey稱之為大腦的“工廠重置”。之后，這些嚙齒動物攝入的酒精減少了，焦慮也減少了——研究人員通過行為測試來測量這一點，包括老鼠在所謂的“高架迷宮”中的表現(xiàn)。十字形迷宮由兩條暴露在外的臂和兩條封閉的臂組成。嚙齒類動物的壓力越大，它們就越不愿意在迷宮的露天部分呆上一段時間。

Subhash Pandey說：“我們沒有看到任何跡象表明他們的飲酒水平會回到基線，所以我們認(rèn)為，也許這種表觀基因編輯會產(chǎn)生持久的影響，我認(rèn)為，就如何將這種療法轉(zhuǎn)化為人類治療而言，還有很多工作要做，但我抱有很高的希望。”

為了測試Arc基因是否真的導(dǎo)致了這一結(jié)果，研究人員還設(shè)計了一種旨在減少其表達(dá)的Crispr注射。他們在青春期沒有接觸酒精的老鼠身上進(jìn)行了測試。注射后，老鼠比之前更焦慮，喝了更多的酒。

這項研究提出了一種可能性，即我們的分子記憶可能會被修改，甚至被刪除。加州大學(xué)伯克利分校的遺傳學(xué)教授、加州大學(xué)伯克利分校和加州大學(xué)舊金山分校創(chuàng)新基因組學(xué)研究所的科學(xué)主任費奧多爾·烏爾諾夫說：“這項研究展示了改變基因?qū)ζ浣?jīng)歷的記憶的可行性，這深深給我留下了深刻的印象?！钡撬矎?qiáng)調(diào)，老鼠不是人類，我們不應(yīng)該草率下結(jié)論。烏爾諾夫說表示治愈一只老鼠和用表觀遺傳編輯器給一個酗酒成癮的人注射之間的距離還很遙遠(yuǎn)。我們是否具備向那些輕度飲酒問題的人的杏仁核進(jìn)行快速注射還有很長的路要走。

烏爾諾夫作為表觀遺傳編輯公司Tune Therapeutics的聯(lián)合創(chuàng)始人之一，他認(rèn)為，這樣的實驗療法可以在多次治療后復(fù)發(fā)、沒有其他治療選擇的酒精成癮患者中進(jìn)行測試。

然而，與直接編輯基因一樣，調(diào)整基因表達(dá)可能會產(chǎn)生意想不到的后果。因為Arc是一種與大腦可塑性有關(guān)的調(diào)節(jié)基因，修改它的表達(dá)可能會產(chǎn)生酒精成癮以外的影響。俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)遺傳學(xué)教授貝琪·弗格森(Betsy Ferguson)研究成癮和其他精神疾病的表觀遺傳機(jī)制，她說:“我們不知道這種變化會改變其他什么行為?！薄斑@是一種平衡，既要找到有效的方法，又要找到不會破壞日常生活的方法?！?/p>

另一個復(fù)雜的因素是，隨著時間的推移，酒精的使用會改變數(shù)十個、甚至數(shù)百個基因的表達(dá)。在人類中，這可能不像提高Arc的表達(dá)那么簡單，這只是其中之一。雖然解決方案似乎是調(diào)整所有這些基因，但同時操縱許多基因的表達(dá)可能會導(dǎo)致問題。“我們知道行為，包括飲酒行為，是由許多基因控制的，這真的是一個具有挑戰(zhàn)性的問題來解決，”Betsy Ferguson說。

目前還不清楚這種編輯的影響會持續(xù)多久。Betsy Ferguson表示自然發(fā)生的表觀遺傳變化可能是暫時的，也可能是永久性的，有些甚至可以傳給后代?？偟膩碚f，她認(rèn)為使用表觀遺傳編輯治療酒精成癮的想法很有趣，但她希望看到結(jié)果被復(fù)制，并在更接近人類的大型動物身上試驗Crispr治療。

相信這一天可能不會太遠(yuǎn)，因為最近有幾家公司推出了表觀遺傳編輯商業(yè)化。在總部設(shè)在圣地亞哥的Navega治療公司，研究人員正在研究如何通過抑制一種名為SCN9A的基因的表達(dá)來治療慢性疼痛。當(dāng)它高度表達(dá)時，它會發(fā)出許多疼痛信號。但簡單地刪除這個基因并不是一個好主意，因為一定程度的疼痛是有用的；當(dāng)身體出現(xiàn)問題時，它會發(fā)出信號。(在極少數(shù)情況下，攜帶SCN9A突變的人對疼痛具有免疫力，這使他們?nèi)菀资艿綗o法感覺到的傷害。)。在Navega的實驗中，小鼠的表觀遺傳編輯似乎抑制了幾個月的疼痛。