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EGFR是原癌基因c-erbB1的表达产物，是表皮生长因子受体（HER）家族成员之一。该家族包括HER1（erbB1，EGFR）、HER2（erbB2，NEU）、HER3（erbB3）及HER4（erbB4）。HER家族在细胞生理过程中发挥重要的调节作用。

EGFR广泛分布于哺乳动物上皮细胞、成纤维细胞、胶质细胞、角质细胞等细胞表面，EGFR信号通路对细胞的生长、增殖和分化等生理过程发挥重要的作用。EGFR等蛋白酪氨酸激酶功能缺失或其相关信号通路中关键因子的活性或细胞定位异常，均会引起肿瘤、糖尿病、免疫缺陷及心血管疾病的发生。

今天（1月19日），国家食品药品监督管理总局（CFDA）发布公告称，经审查，CFDA近日批准了厦门艾德生物医药科技股份有限公司（简称“艾德生物”）生产的创新产品“人类EGFR基因突变检测试剂盒(多重荧光PCR法)”的注册。

据悉，该产品基于自主创新的高度灵敏的PCR专利技术，用于体外定性检测晚期非小细胞肺癌（NSCLC）患者血浆DNA样本中人类EGFR突变基因。

该产品是我国首个批准用于甲磺酸奥希替尼片的伴随诊断检测产品，在临床上为医生制定个体化治疗方案提供参考。

国家食品药品监督管理总局鼓励支持医疗器械产业创新发展，进一步做好创新医疗器械审查。食品药品监管部门将加强产品上市后质量监管，保障公众用械安全，确保医疗器械产业的健康有序发展。

艾德生物主要从事分子诊断和免疫诊断试剂(三类6840体外诊断试剂)的研制、生产及相关技术服务和一类医疗器械、科研实验仪器的生产销售。(生物谷Bioon.com）

中国水稻种植面积占世界水稻种植面积的20％，但氮肥用量却占全球用量的37％。持续大量的氮肥投入，不仅浪费了资源和能源，还加剧了土壤酸化、水体富营养化和农业温室气体排放等一系列问题。8月16日，中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东课题组关于赤霉素信号传导途径调控植物氮肥高效利用的最新成果在线发表于《自然》杂志，傅向东课题组博士生李姗为该论文第一作者。

傅向东表示，该项成果深化了对于植物生长与代谢协同调控机制的认识，有助于培育绿色高产高效农作物新品种，从而找到了一条在保证粮食总产量不断增长的同时，提高氮肥利用率、降低生产成本、减少环境污染的可持续发展农业新途径。

上世纪60年代，以半矮化育种为特征的第一次“绿色革命”，使得全世界水稻和小麦产量翻了一番。但携带“绿色革命”基因的农作物中抑制植物生长的DELLA蛋白高水平积累，导致其对氮肥响应减弱和利用效率下降。

傅向东告诉《中国科学报》记者，课题组历时6年，从携带“绿色革命”基因的水稻资源材料中筛选到一个氮素吸收速率显着增加的新品系，通过QTL定位、图位克隆等技术，获得了氮肥高效利用的关键基因GRF4。

该研究证实了GRF4是一个植物碳—氮代谢的正调控因子，在上调了GRF4的表达后，“绿色革命”水稻和小麦品种在维持半矮秆、高产量性状的同时，氮利用效率明显上升。研究还发现了一个新型的优异等位基因GRF4ngr2。

该研究不仅丰富了对于赤霉素信号传导分子机制的认识，而且从分子水平阐明了“绿色革命”矮秆育种伴随氮肥利用效率低下的原因，并提出了明确的解决方案。

日本名古屋大学教授松冈信同期发表评述指出，这项发现为“少投入、多产出”的绿色高产高效农作物新品种培育提供了具有育种利用价值的新基因资源，预示着一场新的“绿色革命”即将到来。(生物谷Bioon.com）

对复杂的基因组进行深入研究，确定哪些基因翻译蛋白质，哪些基因不翻译蛋白质，以及对这些基因的分布和结构进行精准描述等，是国际学界探寻生命奥秘的前沿课题之一。我国科研人员在该课题研究方面取得重要进展，全新的研究成果已在线发布于国际期刊《分子植物》。

记者近日从中国科学院水生生物研究所了解到，该所葛峰研究员学科组利用蛋白基因组学的研究策略和方法，成功对单细胞光合真核生物三角褐指藻的基因组进行了深度注释，完成了三角褐指藻的蛋白质组精细图谱，并建立了完整的真核生物基因组深度注释实验技术和分析流程。

据该研究成果第一作者、高级实验师杨明坤介绍，基因组是一种生物的所有遗传信息，以往对基因组进行深度注释多采用生物信息学的方法，而与之相比，蛋白基因组学的方法更直接，也更可靠。

杨明坤说，蛋白质是基因与生命活动的最终执行者，运用蛋白基因组学的方法对基因组进行深度注释，不仅能够发现新的蛋白质，还能够发现蛋白质翻译后修饰现象。此次团队的研究为三角褐指藻基因组的6628个基因提供了蛋白质水平上的支持，并且发现1895个基因不翻译蛋白质。特别是，他们新发现了许多可以翻译蛋白质的基因，其中相当一部分此前被学界认为是长链非编码的基因。

更为重要的是，该研究建立的实验技术和分析流程，可适用于各种已经完成基因组测序的真核生物，为真核生物基因组深度注释提供了重要工具。

杨明坤说，蛋白基因组学从蛋白质层面检测蛋白表达变化、调控模式以及与疾病相关的基因突变。因此，该研究成果的取得，有望进一步推动蛋白基因组学在生命和健康领域特别是精准医学方面的应用。(生物谷Bioon.com）

2019年5月4日讯/生物谷BIOON/—几个世纪以来，探险家们一直梦想着能有不老泉，它的泉水具有治疗作用，能使老年人恢复活力，并无限期地延长寿命。

然而，在一项新的研究中，来自美国罗切斯特大学的研究人员发现了更多的证据表明长寿的关键在于一个称为SIRT6的基因。他们发现基因SIRT6在具有更长寿命的物种中负责更高效的DNA修复。这一发现揭示了开发抗衰老干预措施的新靶标，可能有助于阻止年龄相关性疾病。相关研究结果近期发表在Cell期刊上，论文标题为“SIRT6 Is Responsible for More Efficient DNA Double-Strand Break Repair in Long-Lived Species”。论文通讯作者为罗切斯特大学生物学教授Vera Gorbunova和Andrei Seluanov。

不可避免的双链断裂

随着人类和其他哺乳动物年龄的增长，它们的DNA越来越容易断裂，这可能导致基因重排和突变—癌症和衰老的标志。出于这个原因，人们长期以来假设DNA修复在决定有机体的寿命方面起着重要作用。虽然吸烟等行为会加剧DNA中的双链断裂（DSB），但是这种断裂本身是不可避免的。论文共同作者、罗切斯特大学生物医学遗传学教授Dirk Bohmann 说道，“它们总是在体内存在着，即使你是超级健康的。DSB存在的主要原因之一是氧化损伤，这是因为我们需要氧气来呼吸，这种断裂是不可避免的。”

Bohmann说，相比于寿命较长的有机体，像老鼠这样的有机体在相对较短的生命中积累DNA双链断裂的机会较小。“但是，如果你想活50年左右，那么就需要构建一个系统来修复这些断裂。”

长寿基因

SIRT6通常被称为“长寿基因（longevity gene）”，这是因为它在排列蛋白和招募修复DNA断裂的酶方面发挥着重要作用；另外，缺乏这个基因的小鼠过早衰老，而携带这个基因额外拷贝的小鼠则活得更长。这些研究人员猜测如果更有效的DNA修复是更长寿命所必需的，那么寿命更长的有机体可能进化出更有效的DNA修复调节因子。 SIRT6活性因此在长寿物种中增强了吗？

为了验证这个观点，这些研究人员分析了18种寿命从3年（小鼠）到32年（裸鼹鼠和海狸）的啮齿类动物物种的DNA修复。他们发现具有较长寿命的啮齿类动物也经历了更有效的DNA修复，这是因为它们的SIRT6基因的表达产物—SIRT6蛋白—更为强效。这也就是说，SIRT6在每个物种中都不相同。相反，这个基因与长寿共同进化，变得更有效，因此具有更强SIRT6活性的物种活得更长。Bohmann说，“SIRT6蛋白似乎是寿命的主要决定因素。我们证实如果在细胞水平上，这种DNA修复效果更好，那么在有机体水平上，就具有更长的寿命。”

这些研究人员随后分析了小鼠中发现的较弱的SIRT6蛋白与海狸中发现的较强的SIRT6之间的分子差异。Gorbunova说，他们鉴定出5个氨基酸负责让更强的SIRT6蛋白“在修复DNA方面更具活性，在酶功能方面表现更好”。当他们分别将海狸和小鼠SIRT6插入到人体细胞中时，海狸SIRT6要比小鼠SIRT6更好地减少应激诱导的DNA损伤。相比于携带着小鼠SIRT6的果蝇，海狸SIRT6也更好地延长了携带海狸SIRT6的果蝇的寿命。

具有更为强效的SIRT6的物种？

Seluanov说，虽然看起来人类SIRT6在功能上已得到优化，但“还有比人类更长寿的其他物种”。这项研究的后续步骤涉及分析那些比人类更长寿的物种—比如可以存活200多年的北极露脊鲸（bowhead whale）—是否已经进化出更为强效的SIRT6基因。

Gorbunova说，最终目标是阻止人类中的年龄相关性疾病。“如果由于DNA因年龄的增加变得杂乱而患上疾病，那么我们就能利用这样的研究来制定可以延缓癌症和其他退行性疾病的干预措施。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Xiao Tian et al. SIRT6 Is Responsible for More Efficient DNA Double-Strand Break Repair in Long-Lived Species. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.03.043.

2018年初，诺华以87亿美元收购了总部位于美国伊利诺斯州的AveXis，获得了其最先进的基因疗法Zolgensma？(onasemnogene abeparvoveci -xioi； AVXS-101)。同年12月，诺华宣布美国FDA已受理Zolgensma针对1型SMA的生物制剂许可申请(BLA)。

当地时间5月24日，诺华制药公司旗下AveXis宣布，美国食品和药物管理局(FDA)已批准Zolgensma？(onasemnogene abeparvovecv-xioi)用于治疗2岁以下脊髓性肌萎缩症(SMA)患儿，患者存活运动神经元1 (SMN1)基因存在双等位基因突变。

Zolgensma旨在通过提供人类SMN基因的功能副本，通过单次静脉注射(IV)持续的SMN蛋白表达来阻止疾病的进展，从而解决SMA的遗传根源。值得注意的是，Zolgensma是FDA批准的第一个也是唯一一个治疗SMA的基因疗法，包括那些诊断为未出现症状的患者。

诺华首席执行官Vas Narasimhan表示：“Zolgensma的批准证明了基因疗法在重塑脊髓性肌萎缩等危及生命的遗传病治疗方面可以产生革命性的影响。我们相信，Zolgensma可以为受这种毁灭性疾病影响的儿童和家庭创造一生的机会。”

AveXis总裁Dave Lennon表示：“我们感谢那些坚持不懈的研究人员、合作伙伴和家庭，他们参与了Zolgensma的临床试验，帮助我们实现了这一不可思议的里程碑。我们很自豪能将这种一次性的基因疗法带给患有SMA的儿童患者，并继续致力于推进Zolgensma背后的科学，以改造SMA以及其他罕见的基因疾病。”

脊髓性肌萎缩症(SMA)

脊髓性肌萎缩症(SMA)是一种表现为肌肉消瘦的疾病，主要影响婴儿和儿童，且年龄越小致死率越高。该疾病发病率在1/8000至1/11000之间。从发病机制来看，该疾病是由SMN1基因突变引起的，该突变阻断了运动神经元存活蛋白(SMN)的产生，而SMN蛋白是大脑向肌肉传递运动信号所必需的蛋白。患者不仅表现为肌肉无力和消瘦，通常还存在运动、呼吸和吞咽障碍等。

除了SMN1基因外，人体内还有与之类似的SMN2基因。SMN2产生的SMN蛋白大部分是无功能的，不能弥补SMN1突变引起的SMN蛋白缺陷。但庆幸的是，SMN2基因产生的功能性蛋白，可以延缓该疾病病情的发生并减轻疾病症状。因此，作用SMN2基因可以起到延缓疾病进展的目的。

该疾病按发病年龄和严重程度可以分为4类。最常见的是1型，也是严重程度最高的一类。在出生后几个月内就明显可见，极易导致儿童早期呼吸衰竭死亡；2型发病年龄在6到12个月之间，患者可能活到20或30岁；3型(年龄较大的儿童)和4型(成人)的患者通常有正常的预期寿命。

颠覆疾病自然史

Zolgensma，最初由位于美国俄亥俄州哥伦布市的全国儿童医院(NCH)的实验室开发，使用了非复制型腺相关病毒9 (scAAV9)作为人SMN基因功能性拷贝的递送载体。

此次批准是基于正在进行的第3阶段STR1VE试验和已经完成的第1阶段START试验的数据，试验评估Zolgensma一次性静脉输注对6个月以下、出现SMA症状的1型SMA患者的有效性和安全性。STR1VE试验的患者有1或2个SMN2备用基因拷贝，START试验的患者有2个SMN2备用基因拷贝，并且都具有双等位基因SMN1基因缺失或点突变。

第3阶段STR1VE试验数据：

截至2019年3月8日，在年龄可能已达到10.5个月或在10.5个月之前停止研究的20名患者中，19名(95％)在没有永久性通气的情况下存活；在年龄可能达到13.6个月或在13.6个月之前停止研究的15名患者中，13名(87％)在没有永久性通气的情况下存活。

未经治疗的自然疾病史表明，只有50％和25％的1型SMA婴儿在分别达到10.5个月和13.6个月时才会无事件地存活。中位年龄为14.4个月。

如先前所公开的，1名患者死于呼吸衰竭，研究者和独立的数据安全监测委员会认为这与治疗无关。该患者在事件发生前已证实显着的运动改善，输注后5个月CHOP-INTEND从基线增加27分。

费城儿童医院(Children’s Hospital of Philadelphia)婴儿神经肌肉疾病测试(CHOP-INTEND)的评分在基因转移后一个月平均提高6.9分，三个月平均提高11.7分，五个月平均提高14.3分，反映出运动功能较基线有所改善。22名(95%)患者中有21名患者的CHOP-INTEND评分≥40分。

接受Zolgensma治疗的患者继续实现运动里程碑，包括1名患者可以爬行，1名可以拉起来站立的患者和11名根据Bayley-III标准可以在没有支撑的情况下坐下至少30秒的患者，患有1型SMA的婴儿在自然史上从未取得过这样的成就。11名获得无支撑坐下能力的患者(50％)平均年龄为11.9个月和治疗后平均8.2个月。

这些数据显示，Zolgensma提供了前所未有的生存率，这在疾病自然史中从未见过。 快速运动功能改善，通常在给药后一个月内；并且，持久的里程碑成就，包括没有支持的能力，这是未经治疗的患者从未实现的里程碑。STR1VE中的安全性观察结果与START试验中的安全性观察结果相当。最常见的不良事件是转氨酶升高和呕吐。

位于俄亥俄州哥伦布市的全国儿童医院(National Children’s Hospital)阿比盖尔·韦克斯纳研究所(Abigail Wexner Research Institute)基因治疗中心的首席研究员Jerry Mendell博士说：“SMA的诊断是毁灭性的，如果不及时治疗，那些患有最严重症状的婴儿就会痛苦地度过短暂的生命。在这段时间里，他们无法抬起头、坐着或翻滚，吞咽和呼吸困难，需要接受24小时的护理。”

“在我们对Zolgensma进行的START临床试验中，所有儿童在研究结束时都活着，许多儿童能够坐下、翻滚、爬行、玩耍，有些还能走路。这种疗效水平，作为一个单一的，一次性的疗法，真的非常了不起，为1型SMA的家庭提供了前所未有的希望。我们现在有4年的试验数据，证实了这种基因疗法的持久性。“

终将到来的商业化

Zolgensma将在美国上市，并由诺华公司AveXis销售。OneGene Program？， AveXis的综合患者支持项目，提供了一个专注于每个家庭在整个Zolgensma治疗过程中的需求的专业、个性化的支持团队。这包括回答关于Zolgensma的问题，核实报销援助，协调符合条件的患者的财政援助计划。

在美国以外的地区，Zolgensma拥有欧洲的PRIME(优先药物)指定，目前正在加速评估程序中进行审查，并在日本也有加速的Sakigake指定。在此期间，AveXis已经安排根据当地法律法规，通过与第三方供应商Durbin的合作，将产品推向国际市场，作为其付费管理访问计划的一部分。

关于知识产权方面：AveXis拥有与全国儿童医院的独家全球许可，可以为所有类型的SMA提供静脉和鞘内AAV9基因治疗；拥有REGENXBIO的独家全球许可，用于其知识产权组合中的任何重组AAV载体，以应用于人SMA的体内基因治疗；与Genethon签订的独家全球许可协议，允许在体内将AAV9载体导入中枢神经系统治疗SMA；并与AskBio签订非排他性的全球许可协议，使用其自身互补的DNA技术治疗SMA。

去年，诺华宣布可能将Zolgensma的价格定在400万美元左右，尽管围绕其提议的价格存在争议，但诺华认为这是合理的。Lennon告诉路透社，考虑到照顾1型SMA患者的10年费用，总数最终会在250万至500万美元之间。理论上如果能挽救生命并消除SMA患者及其家属可能面临的下游医疗和社会成本，那么这笔支出是划算的。

现如今，随着高效和潜在治愈性细胞和基因疗法的出现，我们正在进入医学的新时代，处于医学细胞和基因治疗革命的开端。今天的医疗保健系统大多数为需要长期支付的、针对慢性疾病的药物买单。然而，细胞和基因疗法大多是一次性治疗，它们的开发、制造、分销和管理方式与之前的药物有着根本的不同，因此我们需要一种能够支持其持续发展并确保患者获取的新模式。

一个根本性的挑战是，如何支付这些疗法并将其提供给有需要的患者。面对此问题，诺华首席执行官Vas Narasimhan在CNBC评论中说，这些一次性疗法的价格应基于价值的四项关键衡量标准：

-它们在临床和生活质量方面为患者提供的改善

-它们为医疗保健系统和社会带来更普遍的好处

他表示，行业在这种衡量方法上存在分歧。这是因为对于那些没有真正创新记录或仅专注于为患者提供渐进式改进的公司而言，基于价值的模型会产生额外的风险。然而，为了继续推动有希望的疗法的进步，我们需要确保鼓励为患者和整个社会提供福利。

据Cortellis预测，Zolgensma今年的销售额将达到449亿美金，2021年增至14.7亿美金，2023年将突破20.9亿美金。

现在，这款明星基因疗法、诺华预计的重磅炸弹终于获批！价格也将在不久之后公布，医麦客将持续关注。(生物谷Bioon.com）

2017年12月19日，美国FDA批准了Spark Therapeutics的基因疗法，来治疗罕见的遗传性失明。这项举措激励了人们不断努力寻找新方法，来修复多种疾病中的缺陷基因或细胞，这其中也包括糖尿病的治疗。近日，匹兹堡大学（University of Pittsburgh）医学院的科学家宣布，他们在使用基因疗法来逆转糖尿病方面取得了重大进展。

当免疫系统错误地破坏了胰腺中产生胰岛素的β细胞时，就会导致1型糖尿病。在1型糖尿病的小鼠模型中，研究人员展示了一种基因疗法，可以将胰腺中的α细胞转化为功能完全的β细胞。这项技术被刊登在了《Cell Stem Cell》期刊上。

该研究小组使用腺相关病毒（AAV）载体技术，将两种蛋白Pdx1和MafA分泌到胰腺中——这一技术与Spark Therapeutics的基因疗法核心技术相同。这两种蛋白质可以将α细胞重新编程为产生胰岛素的细胞。使用这一技术后的小鼠维持正常血糖水平的时间为四个月左右。

将α细胞转化为β细胞的一个潜在优势为，α细胞本身足够明显，免疫系统不太可能把它们误认成β细胞并攻击它们。研究人员比较了正常β细胞和转化为胰岛素生产者的α细胞之间的基因表达模式，确定这些细胞已经完成了“几乎完整的细胞重新编程”。

许多新型糖尿病疗法都在致力于诱导免疫系统正常工作。例如，英国卡迪夫大学（Cardiff University）医学院的科学家正在研究一种技术，使用胰岛素原肽来防止破坏性免疫细胞攻击β细胞。美国麻省总医院（Massachusetts General Hospital）的研究人员正在测试结核病疫苗卡介苗（BCG），他们发现它能够恢复调节性T细胞（Tregs）——这是一种能够防止β细胞被破坏的免疫细胞。而在去年11月，波士顿儿童医院的一个研究小组发表了他们的研究成果，证明增强免疫检查点蛋白PD-L1可以防止胰岛素分泌细胞被破坏。

该研究的主要作者George Gittes博士在声明中说道：“这项研究首次描述了自身免疫性糖尿病中的一种临床上可转化的单一干预，这项干预可以使血糖趋于正常水平。”他同时补充说，这种方法并不会抑制免疫系统，而抑制免疫系统正是自身免疫性疾病疗法存在的主要风险。

Gittes博士和他的同事们指出，他们依旧需要进行更多的研究，来确定这项疗法的疗效是否能顺利从小鼠转化到人身上，目前，他们正在灵长类动物中进行这项疗法的测试，并计划寻求美国FDA的批准，从而在1型或2型糖尿病患者中进行临床试验。(生物谷Bioon.com）

2018年3月7日 讯 /生物谷BIOON/ –日前，一项刊登在国际杂志Nature Communications上的研究报告中，来自日本京都大学等处的研究人员通过研究开发了一种新型的基因编辑方法，其能够以较高的准确度修饰人类基因组中单个DNA碱基，这种新方法的特殊之处在于其能够指导细胞自身的修复机制，从而就能为研究疾病相关的突变提供一对基因匹配的细胞。

图片来源： Kyoto University / Knut Woltjen

DNA的单突变俗称为单核苷酸多态性（SNPs），其是人类基因组中最常见的突变，如今研究人员已经知道有超过1000万个SNPs，很多SNPs都与多种人类疾病直接相关，比如阿尔兹海默病、心脏病和糖尿病等，为了理解SNPs在遗传性疾病中的关键角色，本文中，研究人员从捐赠者机体中开发出了诱导多能干细胞（ips）。

iPS细胞能够维持供体的遗传组成，同时其还能转化成为机体中的任何细胞类型，以这种方式，研究人员就能在实验室中开发出大脑、心脏或胰腺等组织的细胞，同时还能用于进行疾病疗法的安全性测试。证明一种SNP能够诱发疾病需要对同基因的ips细胞进行严格的比较，理想的细胞就是研究人员所描述的等基因“双胞胎”细胞，其基因组仅会出现SNP的差异，然而研究人员表示，开发这种双胞胎细胞并非易事。

通常情况下，研究人员需要连同SNP一起添加抗生素耐药基因来克服低效性，为了开发出等基因的“双胞胎”细胞，研究人员就开发出了新型的基因组编辑技术，其能够插入SNP修饰和一个荧光报告基因，而荧光报告基因就能够作为信号来检测被修饰的细胞，随后研究者在报告基因的左右两侧设计了一个短的复制DNA序列（微同源性），同时其能作为CRISPR的靶向作用位点。

因此，研究人员就能够在细胞中开发出一种内源性的DNA修复系统（微同源介导的末端连接，MMEJ）来更加精确地移除报告基因，MMEJ能够移除荧光报告基因，仅留下被修饰后的SNP，通过对突变的SNP和正常的SNP进行重排，这种方法就能有效产生等基因的“双胞胎”细胞。研究者Knut Woltjen将这种新型编辑技术称作MhAX（Microhomology-Assisted eXcision）技术，为了让MhAX发挥作用，研究人员对基因组中已经存在的序列进行复制，随后让细胞来解决这种问题，同时细胞也会决定哪种SNP会在修复之后保留，而进行一项实验就能够显示所有可能的SNP基因型。

研究人员利用MhAX技术开在HPRT和APRT基因中开发出了SNPs，这两个基因突变分别于痛风和肾脏疾病直接相关；生化分析结果表明，携带HPRT突变SNP的细胞会改变和患者相类似的代谢状况，同时等基因的“双胞胎”对照细胞则是正常的。如今研究人员就能够利用这种新技术来制造并且纠正和人类疾病相关基因中的SNPs。

目前研究人员正在利用胚胎干细胞进行人类糖尿病临床试验，但需要对患者进行慢性的免疫抑制，对患者自身的ips细胞进行基因修正或许能够帮助产生健康的胰腺细胞，同时还能降低患者移植后出现的排斥反应和概率。最后研究者Woltjen表示，我们的目标就是能开发出改善对疾病发病机制理解的新型基因编辑技术，最终开发出根治疾病的新型疗法，我们相信，MhAX技术在目前多种人类疾病研究中将具有更为广泛的适用性。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Shin-Il Kim, Tomoko Matsumoto, Harunobu Kagawa, et al. Microhomology-assisted scarless genome editing in human ipsCs. Nature Communications  (2018)   doi:10.1038/s41467-018-03044-y

近日，顶尖学术期刊《科学》推出了“变革生物学的技术”特刊，为我们详细介绍了数种目前正在给生物学领域带来革新的重磅技术。在今天的这篇文章里，药明康德微信团队为各位读者朋友们整理了其中关于CRISPR/Cas的内容，一道展望它能如何指引基因工程的未来。

CRISPR-Cas基因编辑系统的多样性、模块性和高效性正在掀起一场生物技术革命。RNA指导的Cas酶已经被用来作为在培养细胞，动物和植物中操纵基因组的工具。它不但加快了基础研究的步伐，而且让临床和农业突破成为可能。日前，CRISPR-Cas基因编辑系统的鼻祖之一，加州大学伯克利分校的Jennifer A. Dounda博士和她课题组的Gavin J. Knott博士在《科学》杂志上撰文，对这一技术的优势、进化趋势和应用进行了盘点。

从微生物的免疫系统到可编程的基因组编辑工具

CRISPR-Cas系统是微生物体内的一种RNA指导的适应性免疫系统。它利用RNA来引导核酸酶与特定核酸序列相结合并且将它们切断。当病毒入侵细菌时，细菌能够捕捉到外来遗传物质的片段并且将它们整合到自身基因组中的CRISPR序列中。CRISPR序列转录生成的CRISPR RNA（crRNA）能够与Cas核酸酶相结合，通过与靶点核酸序列进行碱基配对为Cas核酸酶提供结合特异性。Cas核酸酶和crRNA结合之后，能够在细菌体内起到监控病毒入侵的作用，当与crRNA匹配的遗传片段再度出现时，Cas核酸酶能够切断这些遗传片段，从而提供免疫保护作用。

在众多天然CRISPR-Cas系统中，2类（class 2）系统只需要一个RNA指导的Cas核酸酶就能够完成对靶点的切割。其中Cas9核酸酶成为了第一个被用于基因组编辑的Cas效应子。Cas9有诸多特点让它能够进行准确而有效的编辑。Cas9通过特异性识别crRNA和它与反式激活crRNA（tracrRNA）之间的相互作用保证Cas9只和对应的指导RNA相结合。而crRNA和tracrRNA可以被融合成一个指导RNA（sgRNA）。最后，Cas9需要与特定PAM序列旁边的DNA片段相结合才能触发Cas9的双链DNA切割功能。世界各地的科学家们选择Cas9作为基因编辑工具的原因正是因为这种核酸酶的可控性和通过修改sgRNA靶点就能改变Cas9切割位点的便捷性。

虽然Cas9仍然是最常用的Cas效应子，但是科学家们已经将Cas效应子的范围扩展到其它类型的Cas蛋白中去。CRISPR-Cas12a能够靶向DNA序列，而CRISPR-Cas13a能够靶向RNA。这些由RNA指导的核酸酶系统的可编程（programmability）特点是CRISPR-Cas系统能够在精准基因组编辑以外获得广泛应用的关键。

Cas媒介的基因组编辑的应用

虽然Cas的应用范围已经得到扩展，但是精准基因组编辑仍然是CRISPR革命的前沿。Cas9和Cas12a能够在特定位点触发双链DNA断裂，在细胞通过非同源末端连接（NHEJ）或同源定向修复（HDR）对双链DNA断裂进行修复后基因组编辑就会发生。

作为精准基因组编辑工具，Cas9和Cas12a能够在多种细胞种类和生物中起作用。它们可以用于全基因组筛选来研究基础生物功能，或者发现和验证复杂遗传病的潜在药物靶点。在临床试验中，Cas核酸酶可以治疗由已知遗传因素导致的疾病，例如在杜氏肌营养不良症（DMD）中，使用基因编辑可以修正基因突变或者诱发转录过程跳过有缺陷的外显子。Cas9可以用于让导致肌萎缩侧索硬化症（ALS）和亨廷顿病（Huntington’s disease， HD）等神经疾病的致病基因失活。除了对体细胞进行基因编辑，这一系统还有在人类胚胎中修正基因突变的潜力，从而在人类生殖细胞中产生可遗传的变化。

然而，值得注意的是精准编辑仍然是一个挑战，因为NHEJ导致的修复结果可能与期待的HDR导致的修复结果竞争。另一种策略是将Cas效应子与碱基编辑器（base editor）融合在一起。这可以限制不想要的编辑并且消除修复模板的需求。与切割DNA然后进行修复不同，切口酶Cas9（nCas9）媒介的碱基编辑将单碱基编辑器携带到指定靶点，并且在促进碱基变换的同时不产生双链DNA切割。如今Cas9媒介的单碱基编辑器让研究人员能够在特定基因组位点生成任意一种碱基变换结果。展望未来，下一代的Cas媒介的基因组编辑器很可能包括碱基编辑器，它们的碱基编辑活性可能通过构象变化，与Cas9媒介的靶点DNA结合偶联在一起。

使用dCas9调控转录过程

Cas9是一个模块式的平台，它的DNA结合能力和核酸酶活性分属不同的模块。通过在Cas9核酸酶蛋白域引入突变，可以生成催化活性缺失的Cas9（dCas9）。它可以成为募集蛋白的骨架，在干扰特定位点转录过程时不会对DNA产生永久的影响。使用dCas9为功能性基因筛检带来革命性的变化，因为它让在多种细胞中进行迅速，特异性，高通量的基因敲低成为可能。这些研究进展凸显出在操作基因组的同时不引入永久性DNA损伤的实用性。例如，将dCas9与TET1（一种去甲基化酶）融合，可以在脆性X综合征（fragile X syndrome）神经元和小鼠模型中靶向失调的FMR1位点，并且逆转表型。

使用靶向RNA的Cas在转录后进行基因工程

与产生永久基因变化相对，Cas效应子可以通过靶向RNA对转录组进行暂时干扰。利用呈现PAM序列的寡核苷酸，Cas9系统可以被改造成可编程的RNA编辑工具（RCas9）。RCas9可以用于消除致病RNA，修复mRNA剪接错误，或者降低三核苷酸重复序列表达的蛋白水平。目前获得的成功表明，Cas9可能在转录后基因工程领域大有作为，例如与单碱基RNA调控子融合来实现对特定RNA位点的调控。

Cas13是靶向RNA领域最新涌现的多功能工具。Cas13a系统是一个RNA指导的核糖核酸酶（RNase），它可以在哺乳动物和植物体内用于有特异性地敲低RNA。与Cas13a功能和进化相似的Cas13b具备可编程的RNase活性，它已经被用于在哺乳动物细胞中实现RNA干扰和RNA编辑。Cas9和Cas13靶向RNA的系统除了支持基础研究以外，在临床上可以达到和反义寡核苷酸疗法相似的临床应用，在不产生永久性遗传变化的情况下，治疗急性非孟德尔疾病（acute Mendelian patholgies)。

可编程核酸成像

对于特定基因组位点，mRNAs，和非编码RNAs来说，在细胞中的特定时空分布对它们的功能至关重要。将dCas9与荧光报告基因融合在一起，研究人员已经能够对基因组中的重复位点在活细胞中进行成像。然而，限制dCas9在基因组特定位点分布研究中应用的原因是，对于非重复序列，这一手段的信噪比较低。克服信噪比不足的一个方法是在sgRNA上附加多个MS2序列，这些MS2序列能够与MS2序列结合蛋白相结合，而将MS2序列结合蛋白与荧光蛋白融合在一起，则能够有效地增强信号强度。使用靶向RNA的RCas9让研究人员能够在活细胞中追踪RNA，从而让追踪携带重复扩增序列的RNA成为可能，这具有重要临床意义。

核酸检测和诊断

在Cas13a和Cas12a中RNA指导的核酸酶活性促进了创新核酸检测工具的研发。对于Cas13和Cas12a来说，靶点核酸通过与指导RNA的碱基配对，会激活普通的核酸酶活性。利用这种可控的核酸酶活性，Cas13被用于从大量RNA中检测特定RNA序列的存在。基于这一研究开发出的SHERLOCK技术平台，能够同时检测出登革热和寨卡病毒的单链RNA的存在。

Cas12a有着与Cas13相似的靶向单链DNA的可控核酸酶活性。利用这种活性，DETECTR系统是一个基于CRISPR的DNA检测和诊断技术平台。与等温预扩增相结合，DETECTR系统能够迅速准确地检测出人乳头瘤病毒（HPV）的临床相关类型。

CRISPR-Cas系统的特异性和运输

与小分子药物或抗体疗法的脱靶效应相比，Cas核酸酶的脱靶效应尤其危险，因为它会造成基因组的永久性改变。因此，改进Cas的特异性和靶向运送尤为关键。研究人员已经在改进Cas酶和sgRNA设计上取得了长足进步，大幅度提高了核酸酶的特异性。而且，预测靶向结果的工具和对基因表达的时空调控为降低脱靶效应提供了全面的应对策略。

优化运送Cas系统的载体仍然是一个重大挑战，特别是在人体可以对sgRNA和Cas产生免疫反应的情况下。在实验室中，研究人员可以使用电穿孔、转染、直接注射等方法将编码Cas系统的DNA、mRNA、或RNA蛋白复合体导入细胞中。但是，其中很多种方法在临床条件下并不适用。而且，将个体较大的Cas核酸酶与指导RNA结合形成的复合体装进病毒载体仍然是个挑战。解决这个问题的一个策略是利用个体较小的Cas同系物，或者对系统进行最小化，以便将它们装进病毒载体。另外一种方法是使用纳米材料完成对特定细胞种类的定向运输。最近的研究表明，直接注射携带Cas9-sgRNA的纳米颗粒在小鼠模型中能够纠正DMD突变，导致临床症状得到缓解。未来基于CRISPR疗法的成功，很大程度上依赖于运送Cas系统载体方面的进一步研发。

结语和未来

CRISPR-Cas技术提供了一种修改、调控和观察基因组的便捷、而且具备很强适应性的工具。这让它可以在广大领域中得到生物研究和生物技术方面的应用。CRISPR-Cas工具极大地加快了科学研究的脚步，而基于Cas的生物技术的研发同样进步迅速。多项基于Cas9的临床试验正在或即将进行。这些临床试验的结果将指引未来体细胞基因编辑在体外和患者中的应用。CRISPR-Cas9在农业方面的应用已经产生了可以进入市场的产品。CRISPR-Cas工具箱日渐扩展的应用确立了这一系统在基因组编辑，甚至是基因工程领域的前沿位置。(生物谷Bioon.com）

2019年3月19日讯/生物谷BIOON/—在一项针对斑马鱼的研究中，来自瑞典厄勒布鲁大学和新加坡淡马锡生命科学研究院的研究人员鉴定出一个对精子产生至关重要的基因：HSF5。他们发现当利用CRISPR/Cas9技术关闭这个基因时，所产生的精子更少，质量更差。下一步就是测试人类是否也是如此。相关研究结果近期发表在Cell Reports期刊上，论文标题为“Heat Shock Factor 5 Is Essential for Spermatogenesis in Zebrafish”。

论文共同通讯作者、厄勒布鲁大学生物学教授Per-Erik Olsson说，“这个相同的基因在人类中发现，而且它可能以同样的方式影响人类。如果这个基因在男性中发生变化，那么这可能导致他们无法生育。”

在CRISPR/Cas9的帮助下，这些研究人员能够关闭斑马鱼中的HSF5基因来观察当这个基因无法执行任务时会发生什么。

论文共同通讯作者、淡马锡生命科学研究院生物学研究员Ajay Pradhan说，“结果就是更少的精子，而且所产生的精子是没有活力的。它们的头部太大，它们的尾巴较短。它们根本无法游动。”

另一方面，这个基因似乎对雌性斑马鱼没有任何影响—这些研究人员观察到当这个基因在雌性斑马鱼中被阻断时没有发现任何区别。

Ajay Pradhan解释道，“如今，我们知道由HSF5基因产生的蛋白对于精子发育非常重要。我们的下一步是找出决定这种蛋白产量的因素。”

Per-Erik Olsson说，“可能某些化学物质会影响这个基因，因而导致不孕。如今，许多人在怀孕方面存在困难，我们不知道为何需要开展更多的研究。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Jolly M. Saju et al. Heat Shock Factor 5 Is Essential for Spermatogenesis in Zebrafish. Cell Reports, 2018, doi:10.1016/j.celrep.2018.11.090.