首个CRISPR疗法获得里程碑式的批准，为基于更高效、更精确的基因组编辑的治疗铺平了道路。

在世界上首次批准CRISPR-Cas9基因组编辑疗法不到一个月后，研究人员希望这种疗法将在本周获得第二项批准——这一次是来自美国，因为美国有着严格的监管和利润丰厚的医疗保健市场。

英国监管机构于11月16日批准了这种疗法，它使一种基因失活，作为治疗一种名为镰状细胞病的遗传性血液疾病的一种手段。许多其他基于相同原理的CRISPR-Cas9疗法正在临床试验中，作为一系列疾病的治疗方法。

尽管这些疗法很复杂，但它们仅仅是个开始。“我们倾向于称这些为第一代基因组编辑，”马萨诸塞州剑桥市(Cambridge)的Prime Medicine公司首席执行官Keith Gottesdiene说。该公司正在开发基因组编辑疗法。“它们可以做一些了不起的事情，但它们相当有限。”

然而，现在有一批新的基于CRISPR的系统克服了这些限制。这些系统比最初的基因组编辑器更精确、更全面地编辑DNA。它们可以做出改变，比如开启基因，这是最初的工具无法做到的。荷兰鲁汶大学呼吸疾病和胸外科实验室的肺病专家Marianne Carlon说，对经典CRISPR-Cas9的监管批准为下一代基因组编辑技术“奠定了基础”。

在这里，《Nature》杂志着眼于下一代CRISPR技术。


碱基编辑

基因组编辑为纠正导致囊性纤维化的突变提供了机会，囊性纤维化会影响肺部和消化系统。但是，对于这一点，经典的CRISPR-Cas9方法几乎没有用:“CRISPR在破坏事物方面比修复事物要好得多，”Gottesdiener说。

相反，Carlon正在探索一种利用碱基编辑方法的囊性纤维化治疗方法，这种方法可以改变单个DNA字母或碱基——例如，将T转化为G，或将C转化为T。碱基编辑依赖于原始CRISPR系统中使用的Cas9酶，将这些变化靶向到正确的位置。但与传统的CRISPR-Cas9不同，碱基编辑通常不会在同一点切割两条DNA链。相反，Cas-9会引导其他酶到达选定的位点，在那里它们可以进行改变DNA碱基所必需的工作。

自从碱基编辑首次被报道以来的七年里，研究人员已经开发出了减少它产生的不必要的DNA变化的方法，并缩小了其成分的大小，以便它们可以更容易地进入细胞。碱基编辑疗法已经用于早期临床试验，包括治疗高胆固醇和一种白血病。但是这项技术的非凡精确性是以缺乏灵活性为代价的:它只能用于改变某些DNA序列，不能将DNA块插入基因组。


先导编辑

2019年，一种名为“先导编辑（Prime editing）”的新型CRISPR系统有望解决这些限制。先导编辑可以改变单个DNA碱基，但也可以在目标位点插入或删除一小段DNA。它比碱基编辑更灵活，因为它可以瞄准和纠正基因组中的几乎任何位置。

但它也更加复杂。Carlon说:“有很多多功能性，但这使得它的工作有点挑战。”

自2019年以来，研究人员通过设计更好的酶，提高了初始编辑的效率，其他增强功能可以防止细胞的自然DNA修复机制干预和引入错误。

明年，Prime Medicine计划寻求美国食品和药物管理局(FDA)的许可，启动一项针对慢性肉芽肿病(一种遗传免疫疾病)的基因编辑疗法的临床试验。

与此同时，研究人员正在推动这项技术的发展，设计出将越来越大的DNA片段插入基因组中目标位点的方法。剑桥麻省理工学院的生物工程师Omar Abudayyeh说，这为替换整个基因打开了大门，从而使开发一种治疗遗传疾病的疗法变得更容易，比如囊性纤维化，这种疾病可能是由某个基因内的许多不同突变引起的。与其设计治疗方法来纠正每个突变，也许有一天可以用一个新的基因来替换有缺陷的基因拷贝。

他说:“这样一来，你就有了一种适用于这种疾病的每一位患者的药物。每个人都在用不同的方式来做这件事。”


表观基因组编辑

除了改变基因本身的序列外，CRISPR系统还可以通过改变“表观基因组”来改变基因的表达方式，包括对DNA的一系列化学修饰，这些修饰可以影响基因的活性。

针对表观基因组的技术没有碱基编辑技术发展得那么快。北卡罗来纳州达勒姆Tune Therapeutics公司的首席科学官Derek Jantz说，这在一定程度上是因为科学家们认为表观基因组编辑会在细胞分裂过程中被抹去。“这是一种常见的误解，”他说。“但表观遗传学是非常持久的。”

今年5月，Tune的科学家提交的数据显示，他们可以在不改变DNA本身碱基的情况下，关闭非人类灵长类动物中一种名为PCSK9的基因，该基因负责调节胆固醇。相反，他们使用了一种方法，在DNA上添加一种叫做甲基的化学标签，这种标签可以调节基因的活性。Jantz说，这种影响至少持续了11个月。

与一些基于RNA的药物相比，表观基因组编辑的长期效果可能具有优势，这些药物必须每隔几周或几个月重新服用一次。Jantz说，这种治疗不涉及改变DNA的事实减轻了监管机构对CRISPR-Cas9治疗的安全担忧。

加州斯坦福大学(Stanford University)的合成生物学家Lei Stanley Qi说，这一发现也是一个例子，说明对表观基因组的进一步了解可以推动这些治疗向前发展，并解决其他形式的CRISPR编辑无法解决的疾病。例如，Tune希望使用表观基因组编辑来治疗乙型肝炎病毒感染，方法是沉默潜伏在细胞中的病毒DNA，即使在抗病毒治疗之后。

尽管这些应用与第一种被批准的CRISPR药物中使用的CRISPR-Cas9编辑相差很远，但监管机构的批准有助于将基于CRISPR的编辑作为一种治疗疾病的可行方法，Qi说。反过来，这可能会增强人们对表观基因组编辑的兴趣。他表示:“获得批准是件大事。在那之后，我想我们将进入快车道。”