Nature系列综述:CRISPR在癌症研究、诊断和治療中的應用

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来历 | 藥明康德

CRISPR基因编纂體系自問世以来，已成為用来钻研细胞功效的壮大东西。它在咱們對癌症生物學的理解方面發生重大影响，而且在不竭驱動新的發明，加速癌症诊断和醫治手腕的開辟。

近日，Nature Rev瘦肚子方法,iews Cancer 期刊上颁發了一篇題為：CRISPR in cancer biology and therapy 的综述文章，體系清點了CRISPR體系在癌症钻研、诊断和醫治方面的最新希望。

CRISPR對癌症生物學钻研的影响

癌症的精准醫療计谋寄托發明促成癌症發展的基因突變，CRISPR基因编纂技能可以或许快速和有用地發生基因敲除，调理内源基因表达和复制與癌症相干的基因组變革。因為CRISPR技能的简洁和高效性，今朝天生基因敲除小鼠模子已成為通例操作。并且，經由過程将CRISPR基因编纂體系的所有组分選擇性地引入某些體细胞中，可以天生组织特异性的癌症模子。好比，利用CRISPR在造血干细胞中编纂Tet2，Runx1，Dnmt3a，Nf1和Smc3基因可以激焦虑性髓系白血病。将CRISPR递送到肝脏、胰腺或肺部可以或许敏捷天生具备繁杂表型的癌症模子。

操纵CRISPR技能天生分歧類型的癌症模子

综述作者指出，CRISPR技能對癌症钻研發生的最大影响多是CRISPR挑選。這類挑選利用靶向基因组中分歧基因的领导RNA（gRNA）文库，可以體系性地敲除细胞系或類器官中的任何基因，然後察看基因敲除對癌细胞發展或藥物反响的影响。

CRISPR在癌症钻研方面的另外一個首要利用是追踪癌细胞的谱系變革。癌症的一大特性是它的异質性，癌细胞不竭堆集基因變异，致使發生具备分歧特性的细胞克隆。理解肿瘤内部的异質性而且追踪新克隆的發生和演變讓科學家們更周全地领會肿瘤產生。

今朝，钻研职員已開辟出多種基于CRISPR的追踪计谋，可以或许在包括多種细胞克隆的夹杂细胞群體中，發明分歧的细胞克隆，而且追踪它們跟着時候推移的動态變革。CRISPR技能可以在细胞中引入怪异的条形码，它們可用来標識表記標帜癌细胞谱系。而最新的CRISPR記實體系可以或许在特按時間在基因组中引入標識表記標帜，經由過程阐發這些分歧的標識表記標帜，可以構建分歧癌细胞克隆之間的谱系瓜葛。

用于追踪癌细胞克隆谱系的分歧CRISPR计谋

CRISPR在癌症诊断開辟方面的利用

及早發明癌症给治愈癌症供给最佳的機遇，CRISPR技能可以帮忙開辟出更加活络的份子诊断东西，辅助癌症的初期檢測。基于Cas12和Cas13的CRISPR份子诊断體系已被用于从患者肿瘤组织活檢中發明與癌症相干的基因突變。它們在發明特定致癌基因突變序列後可以經由過程切割携带荧光陈述卵白的RNA序列，發出荧光旌旗燈号。這一技能在新冠大風行時代被用于出產快速活络的新冠病毒檢測。一样的平台可用于天生高度活络的個别化癌症發明和监控體系。

别的，CRISPR體系可用于在基因组的特定區域精准切下DNA片断，與传统的随機基因组片断化（fragmentation）手腕比拟，這類方法可以富集感樂趣的DNA片断，與下一代基因測序相连系，可以在样本量很是少的环境下，發明特定基因上的基因突變。這一技能今朝正在临床實驗中接管评估，用于發明卵巢癌中的p53突變。

CRISPR在癌症醫治方面的利用

在癌症醫治方面，CRISPR技能的重要利用之一是工程化革新免疫细胞，天生抗癌免疫療法。多個钻研團队已显示，利用CRISPR基因编纂靶向敲除T细胞的PD-1表达可以提高T细胞的抗癌活性。這種候選療法櫻花茶包,已進入临床實驗阶段。

别的，在出產同種异體的“通用型”CAR-T细胞療法時，CRISPR基因编纂可以用于敲除内源性T细胞受體和来自康健供體的T细胞概况的人類白细胞抗原（HLA），从而低落异體细胞输入带来的免疫排挤和移植物抗宿主病危害。

并且，利用CRISPR/Cas9技能還可以将表达CAR的序列特异性地插入到细胞的T细胞受體α恒定區（TRAC）的基因位點，带来CAR的一致性表达。在體外和小鼠模子中，這類法子天生的CAR-T细胞與通例CAR-T细胞比拟，表示出加强的抗癌活性。

CRISPR工程化革新T细胞的多種方法

在體外革新T细胞療法以外，利用CRISPR基因编纂直接靶向驱動癌症的基因變异是一個吸惹人，同時也很是坚苦的挑战。理论上，經由過程CRISPR基因编纂直接改正驱動癌症的基因變异，或杀死發生特定基因變异的癌细胞，可以到达按捺肿瘤發展的结果。但是，這一计谋必要降服多重停滞，包含完成肿瘤特异性療法递送，和必要到达高效力的基因编纂。

今朝的临床前钻研已發明一些肿瘤特异性基因编纂的计谋。好比，靶向致癌基因交融的CRISPR基因编纂體系可以在選擇性靶向肿瘤细胞的同時，侵扰促成肿瘤發展的基因變异。另外一項临床前钻研讓CRISPR-Cas13a體系的轉录遭到NF-κB轉录因子的节制，因為NF-κB在多種癌症中被過分激活，這一计谋可以在癌细胞中特异性表达CRISPR-Cas13a體系，敲低致癌基因的表达，到达按捺癌细胞發展的结果。

操纵NF-κB节制CRISPR-Cas13a體系的表达，肿瘤特异性降解致癌基因

在递送技能方面，脂質纳米颗粒（LNP）在递送新冠mRNA病毒方面LPG,已得到庞大的樂成。操纵LNP递送编码Cas9的mRNA和gRNA在觀點驗證钻研中已有用靶向有丝割裂必须的基因PLK1，在胶質母细胞瘤的小鼠模子中到达70%的體内基因编纂效力，造成细胞凋亡而且按捺肿瘤發展50%，改良保存期30%。在LNP概况偶联靶向肿瘤特异性抗原的抗體也樂成驱動分離的肿瘤選擇性吸收LNP，提高肿瘤特异性编纂效力。

总體来看，這些临床前钻研显示了體内CRISPR基因编纂在醫治癌症方面的潜力，不外将CRISPR體内基因编纂轉化為可行的临床期抗癌療法依然必要不少尽力。

局限和远景

固然CRISPR在癌症生物學范畴有遍及的用處，但是综述作者指出，這一技能的進一步開辟，出格是在临床醫治方面，依然必要降服几個局限性。Cas酶致使的DNA双链断裂可能激發偶然的DNA片断丢失，在有些环境下可能驱動染色體碎裂（chromothripsis），从而影响正常细胞的功效。CRISPR技能致使的DNA双链断裂毁伤可能刺激p53旌旗燈号通路，致使细胞灭亡或挑選p53功效降低的细胞。别的，CRISPR體系的脫靶编纂可能性一向是钻研职員存眷的問題。

不外，固然這些潜伏局限性是鞭策CRISPR技能進一步成长的首要局限，今朝科學家們已開辟出东西来發明和最小化這些事務的產生。作者暗示，它們可能不會显著阻碍CRISPR技能在临床的利用。将来的5-10年里，CRISPR技能将真正步入临床期療法的阶段，在CAR-T療法和其它免疫细胞工程化方面的事情预示着它們将在醫治癌症方面具备有所作為。

在科學钻研方面，CRISPR技能已起頭解决癌症的不少底子問題，經由過程描写单個基因在癌症细胞举動中的感化，它将為構建下一代免疫療法、揭露非编码區域和调控元件在肿瘤產生中的感化等多個范畴赋能。C魚缸過濾器,RISPR技能在曩昔和将来都将是咱們理解和醫治人類癌症的關頭东西之一。

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