生物医药领域的黑马：CRISPR/Cas9 技术
优秀的基因编辑技术
CRISPR/Cas9基因编辑技术深受研究人员的喜爱，那么它为什么如此优秀呢？
CRISPR（Clustered regularly interspaced short palindromicrepeats）规律成簇间隔短回文重复；Cas9（CRISPR associated nuclease）是CRISPR相关核酸酶，CRISPR/Cas9是一种由RNA指导的，利用Cas9核酸酶对靶向基因进行编辑的技术。CRISPR系统是一种原核适应性免疫系统，当gRNA 和Cas9在活细胞中表达时，CRISPR-Cas9/sgRNA复合物通过gRNA与基因组DNA的互补碱基配对被招募到靶序列，一旦复合物定位到靶DNA，Cas9蛋白就会极其精确地切割所需区域，导致双链断裂(DSB)，然后，Cas9产生的DSB被细胞自身的细胞内源性DNA修复机制修复：非同源末端连接(NHEJ)DNA修复途径或同源定向修复(HDR)途径。
图1 CRISPR-Cas9介导的基因编辑机制[1]
CRISPR/Cas9技术操作简单，基因编辑效率较高，无物种限制，实验周期短，故在生物学领域方面得到了广泛的应用，该系统在精确基因打靶和纠正某些疾病中不需要的突变方面具有巨大的应用前景，基于CRISPR的基因组编辑技术已经成为多种疾病的重要潜在治疗工具。接下来小编带大家简单了解下CRISPR/Cas9技术的相关应用。
疾病治疗领域应用
肺癌是全球最常见的恶性肿瘤，其发生发展涉及多个基因和信号通路，肺癌的治疗方法一直是临床研究的热点，化疗和靶向药（如EGFR、ALK、KRAS等靶点）治疗的耐药性越来越成为令人担忧的问题。肺癌细胞基因组修复和特异性蛋白表达沉默已成为研究和治疗肺癌的重要手段。利用CRISPR/Cas9 技术全面分析肺癌患者个体，可以在该平台上快速识别基因型特异性缺陷；这种方法还可以模拟给予患者的治疗，以迅速揭示特定抗癌药物的耐药机制，并帮助确定有效的治疗方法，以永久纠正癌症相关基因突变。
图2 CRISPR/Cas9 在肺癌治疗研究中的应用
大显身手--NK细胞癌症免疫治疗的基因重编程自然杀伤细胞是强大的细胞毒性淋巴细胞，专门识别和消除转化细胞，协调适应性抗肿瘤免疫。然而，NK细胞通常在肿瘤微环境中功能耗竭。CRISPR/Cas9技术的发现和发展提供了一种灵活和有效的基因编辑能力，可调节介导NK细胞耗竭的各种途径，利用CRISPR/Cas9技术使目的基因（通过同源导向修复途径与供体基因）易于位点特异性整合，通过敲除免疫检查点和抑制信号，对各种来源的NK细胞（PBNK：外周血NK细胞；UCB：脐带血；hESCs：造血胚胎干细胞；iPSCs：诱导多能干细胞；NK-92：NK-92细胞系）进行基因编辑，通过携带嵌合抗原受体增强其肿瘤特异性，通过整合组织归巢受体支持其肿瘤浸润，通过提供额外的激活信号改善其抗肿瘤活性，以及通过拮抗抑制途径，改善NK细胞肿瘤监测作用[3]。
图3 CRISPR/Cas9 介导的 NK 细胞遗传重编程的示意图
组件体内递送系统
值得注意的是大多数疾病需要CRISPR组件在体内递送，因此，CRISPR组件的靶向递送和特定位点的有效编辑仍然是体内治疗性基因编辑的主要内容，递送系统可以保护CRISPR组件免受RNA酶、蛋白酶和溶酶体的降解，它们能够将CRISPR组件递送到特定位点，并最大限度地减少不需要的副作用，慢病毒和腺病毒等病毒载体已经实现了CRISPR系统递送的高效率，但由于可能存在不必要的基因突变、插入突变、高脱靶效应、包装容量受限、致癌作用和免疫原性等问题使其发展受限，基于纳米颗粒的递送方法由于其特异性靶向性、高效率、定制的有效性、对免疫反应的微小刺激和对核酸酶的最小暴露而在基因治疗中越来越受到人们的关注，一些基于脂质的纳米颗粒、聚合物纳米颗粒和金纳米粒子等取得了较好的研究效果，下图为临床试验中CRISPR递送的潜在非病毒载体[4]。
总之，CRISPR/Cas9系统在基因组编辑方面显示出了巨大的潜力，随着未来相关技术的发展，CRISPR/Cas9技术将会发挥更多的作用，创造更大的价值。
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参考资料
[1]Cribbs, Adam P. and Sumeth M. W. Perera. “Science and Bioethics of CRISPR-Cas9 Gene Editing: An Analysis Towards Separating Facts and Fiction.” The Yale journal of biology and medicine(2017).
[2]Jiang, C., Lin, X., & Zhao, Z. (2019). Applications of CRISPR/Cas9 Technology in the Treatment of Lung Cancer. Trends in Molecular Medicine.
[3]Afolabi, L. O., Adeshakin, A. O., Sani, M. M., Bi, J., & Wan, X. (2019). Genetic Reprogramming For NK cell Cancer Immunotherapy with CRISPR /Cas9. Immunology.
[4]Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol. 2019 Dec 2:e1609.doi: 10.1002/wnan.1609.
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