张锋Nature Medicine综述基因编辑技术的基本原理和最新进展

医疗健康 来源:生物谷
2015
02/09
15:03
生物谷 医疗健康

人体内已命名的基因共有25000多条,目前已知一部分基因(3000)的突变会引起各类疾病。对于此类疾病的治疗,最本质的手段是通过一些方法将突变后的遗传物质矫正回原来的状态。这类方法被称为遗传疗法(genetic therapies)。目前最广泛的遗传疗法手段为:1. 以病毒载体感染方式引导的源基因导入;2. 以RNA干扰方式引导的目的基因表达下调。这些手段在治疗严重复合型免疫缺陷疾病(SCID)以及Wiskott-Aldrich综合征方面获得了成功。尽管如此,RNAi技术在应用的广泛性上还存在局限。

基因编辑技术(genome editing technologies)是针对DNA本身进行的操作手段。最近应用型基因编辑领域的“鼻祖”,美国麻省理工学院张锋教授等人发表在《Nature Medicine》杂志上的一篇综述详细介绍了这些技术的原理以及在临床上的应用前景。

基因编辑技术的基本原理

归巢酶,ZFN,TALEN以及CRISPR/cas9四种核酸内切酶均能够特异性地识别与切割特定的DNA序列,引起DNA双链断裂(DSB)。根据其识别方式的不同可以分为:蛋白质与DNA的识别与切割,包括归巢酶,ZFN,TALEN; RNA与DNA的识别与蛋白质介导的切割,即CRISPR/cas9。在特异性方面,归巢酶具有一个较大的DNA识别结构域,此结构同时负责DNA的切割;ZFN与TALEN是由多个酶亚基组成的复合体,分别具有特异性识别DNA的能力与 DNA内切活性。在应用方面,归巢酶及ZFN需要通过人工突变的方式构造切割不同DNA序列的工程酶,LALEN则需要复杂的分子克隆达到此目的。与之不同,在CRISPR/cas9系统中,可以通过简单的sgRNA的变化达到切割不同的基因片段的目的。切割完成后,目的位点会出现双链断裂(DSB)的结果并引起生物体的主动修复。NHDJ修复以另外一条未被切割的DNA链为模板,从而保证修复结果的准确。在反复不断地断裂-修复过程中,容易在切割位点造成插入或缺失突变,这样就达到了造成基因紊乱的目的。另外,研究人员利用HDR的修复机制可以人为制造想要得到的突变结果,从而达到基因修复的效果。

基因编辑疗法简介

基因编辑在疾病治疗方面的应用模式主要为:矫正/沉默有害突变,插入保护性突变,加入治疗性基因以及敲除病毒DNA。对于突变引起的有害基因的活化,可以通过简单的沉默或敲除的方式达到治疗的目的,如亨廷顿氏舞蹈症(一种显性突变引起的家族性遗传病),但是对于突变引起的正常基因的失活,则需要通过HDR的方式对目的序列进行编辑,使其恢复到原有的健康状态,如泰萨氏病 (一种隐性基因突变引起的遗传性疾病)。

基因编辑的效率

基因编辑的效率受到编辑方式,细胞类型,位点序列等多个因素的影响。总体上来讲,NHEJ要比HDR效率更高。对于我们更关心的HDR方式,主要受到4个因素的影响:1,修饰的本质,如改变的序列幅度;2,其识别特异性的干扰,如NHEJ可能干扰DSB造成的针对HDR的特异性序列,造成其效率的下降;3,破坏序列与改造序列的相似度;4,HDR拓扑结构。

具体治疗手段与成功案例

目前常见的治疗手段为体外治疗与体内治疗。体外治疗为将病人体内需要被改造的细胞取出,在体外进行培养与改造,然后将改造后的细胞导入体内;体内治疗为直接将改造材料注入患者体内,可以是系统性地改造,也可以是局部的改造。体外改造的成功例子是讲HIV携带者体内的CD4阳性T细胞表面的CCR5受体进行突变,然后导入体内,发现这一做法能够有效提高患者CD4阳性T细胞数量与减轻HIV恶化程度。体内感染的成功例子是对于小鼠B型血友病的治疗,通过体内导入重组因子IX,小鼠病情得到了减轻。

虽然目前基因编辑编辑技术在安全性与效率方面取得了很大的进步,但是在临床应用方面还有很大的挑战。我们需要一方面不断提高基因编辑的效率,以期能够以最小的代价得到有效治疗;另外,我们还需要不断探索这些核算内切酶的作用机制,从而能够进一步提高它们的特异性,将副作用降到最低。

来源:生物谷

标签

为你推荐

湖北医保局发布全国首个脑机接口医疗服务价格资讯

湖北医保局发布全国首个脑机接口医疗服务价格

侵入式脑机接口置入费为6552元 次,侵入式脑机接口取出费为3139元 次,非侵入式脑机接口适配费为966元 次

2025-04-03 09:37

悦唯医疗完成近亿元A++轮投资,加速重症冠心病诊疗全流程创新器械研发与国产替代资讯

悦唯医疗完成近亿元A++轮投资,加速重症冠心病诊疗全流程创新器械研发与国产替代

此次融资将主要用于深化冠心病诊疗全流程创新器械和脉动式左心室辅助系统等新产品的研发,以及加速已获准上市的心脏稳定器等产品的市场推广。

2025-04-03 09:28

海尔盈康一生启动孤独症儿童关爱行动,创新罕见病可持续公益新生态资讯

海尔盈康一生启动孤独症儿童关爱行动,创新罕见病可持续公益新生态

本次活动聚焦孤独症儿童的诊疗,探讨交流AI赋能全流程防治康体系创新、前沿性生物科技诊疗技术等话题,旨在通过生态联盟的力量推动医学研究、科技创新与人文关怀的融合,让“星...

2025-04-03 09:11

诺华创新药物飞赫达®(盐酸伊普可泮胶囊)C3G适应症在中国获批资讯

诺华创新药物飞赫达®(盐酸伊普可泮胶囊)C3G适应症在中国获批

首款且唯一选择性靶向C3G病因药物,填补临床治疗空白

2025-04-02 18:14

国家卫健委:商业化人源细胞系是否纳入人类遗传监管?资讯

国家卫健委:商业化人源细胞系是否纳入人类遗传监管?

4月1日,国家卫健委科教司发布《人类遗传资源管理有关问题解答之一》。

2025-04-02 17:49

《NPJ digital medicine》刊发李冬梅教授团队成果:AI赋能高效识别眼睑肿物资讯

《NPJ digital medicine》刊发李冬梅教授团队成果:AI赋能高效识别眼睑肿物

亚太眼整形外科学会主席、中华医学会眼科分会眼整形眼眶病学组副组长李冬梅教授团队携手爱尔数字眼科研究所,在《NPJ digital medicine》(影响因子:12 4)学术期刊发表团队...

文/李林 2025-04-02 10:27

角膜移植点燃生命之光,爱尔眼科致敬全国角膜器官捐献者资讯

角膜移植点燃生命之光,爱尔眼科致敬全国角膜器官捐献者

角膜病是我国第二大致盲眼病

文/屈慧莹 2025-04-02 09:36

千亿GLP-1市场再添重磅产品,华东医药司美格鲁肽注射液国内上市申请获受理资讯

千亿GLP-1市场再添重磅产品,华东医药司美格鲁肽注射液国内上市申请获受理

本次申报适应症为成人2型糖尿病患者的血糖控制

2025-04-01 17:34

默克全球执行副总裁周虹:合作与创新是默克未来五年战略的两大关键词资讯

默克全球执行副总裁周虹:合作与创新是默克未来五年战略的两大关键词

近日,德国默克医药健康全球执行副总裁、中国及国际市场负责人周虹带领医药健康中国及国际市场管理团队开启了2025年度首次“中国行”。

2025-04-01 17:11

首个且唯一,阿斯利康PD-L1单抗获FDA批准治疗肌层浸润性膀胱癌资讯

首个且唯一,阿斯利康PD-L1单抗获FDA批准治疗肌层浸润性膀胱癌

度伐利尤单抗联合吉西他滨和顺铂作为新辅助治疗,随后度伐利尤单抗作为根治性膀胱切除术后的辅助单药治疗,用于治疗肌层浸润性膀胱癌成年患者。

2025-04-01 14:37

全国首个,湖北为脑机接口医疗服务定价资讯

全国首个,湖北为脑机接口医疗服务定价

昨日(3月31日),据“湖北发布”消息,湖北省医保局发布全国首个脑机接口医疗服务价格,其中,侵入式脑机接口置入费6552元 次,侵入式脑机接口取出费3139元 次,非侵入式脑机...

2025-04-01 11:03

一款国产创新流感药,获批资讯

一款国产创新流感药,获批

近日,据国家药监局官网信息显示,青峰医药下属子公司江西科睿药自主研发的1类创新药玛舒拉沙韦片(商品名:伊速达)正式获批上市,用于既往健康的12岁及以上青少年和成人单纯性...

2025-04-01 10:22

26省联盟药品集采启动,聚焦妇科用药和造影剂资讯

26省联盟药品集采启动,聚焦妇科用药和造影剂

近日,山西省药械集中招标采购中心发布《关于做好二十六省联盟药品集中带量采购品种数据填报工作的通知》,开展相关采购数据填报工作。

2025-03-31 21:48

优时比罗泽利昔珠单抗注射液(优迪革)中国获批,全球首个且唯一双亚型创新药治疗全身型重症肌无力资讯

优时比罗泽利昔珠单抗注射液(优迪革)中国获批,全球首个且唯一双亚型创新药治疗全身型重症肌无力

作为唯一人源化、高亲和力且具备创新修饰结构的IgG4单抗,关键Ⅲ期MycarinG试验证实罗泽利昔珠单抗注射液(优迪革®)较安慰剂显著改善全身型重症肌无力患者的多个临床终点与结局。

2025-03-31 15:58

从手术麻醉到生命全周期护航,麻醉学科发展拓宽生命边界资讯

从手术麻醉到生命全周期护航,麻醉学科发展拓宽生命边界

3月26日,由中华医学会麻醉学分会、中国医师协会麻醉学医师分会等23家学协会共同举办的2025年中国麻醉周学术活动的启动仪式举办,该活动以“生命之重,大医精诚——守生命保驾护...

2025-03-31 15:30

欧狄沃联合逸沃成为中国目前唯一获批的肝细胞癌一线双免疫联合疗法资讯

欧狄沃联合逸沃成为中国目前唯一获批的肝细胞癌一线双免疫联合疗法

欧狄沃联合逸沃对比仑伐替尼或索拉非尼,可显著改善不可切除肝细胞癌一线患者的总生存期(OS),客观缓解率(ORR)可改善近3倍,中位缓解持续时间(mDOR)达30个月

2025-03-31 13:45

罗氏制药榜首 “现金牛” 产品罗可适(奥瑞利珠单抗)在华获批:开启多发性硬化症一年两次治疗新时代资讯

罗氏制药榜首 “现金牛” 产品罗可适(奥瑞利珠单抗)在华获批:开启多发性硬化症一年两次治疗新时代

罗氏制药今日(3月31日)宣布,其旗下创新药罗可适®(Ocrevus®,通用名:奥瑞利珠单抗注射液 ocrelizumab injection)正式获得中国国家药品监督管理局批准,每六个月静脉输...

2025-03-31 13:39

与拜耳“分手”后,华堂宁卖得更好了资讯

与拜耳“分手”后,华堂宁卖得更好了

日前,华领医药公布了华堂宁被纳入国家医保目录后首个完整年的业绩数据。

2025-03-31 11:21

三生有幸,医者仁心:三生制药向全体医药工作者致敬!资讯

三生有幸,医者仁心:三生制药向全体医药工作者致敬!

3月30日是国际医师节,由三生制药公益支持的以“三生有幸,医者仁心”为主题的公益活动,携手20位医生代表,以寄语海报的形式,共同向全体医护人员表达诚挚的祝福与关爱。

2025-03-30 17:38