CRISPRa加入肥胖之戰(zhàn)，無需對基因組進行編輯就能對抗肥胖

在一項重要的新研究中，來自美國加州大學(xué)舊金山分校的研究人員證實CRISPR療法可以在不切割DNA的情況下減少體內(nèi)的脂肪。他們利用一種經(jīng)過修飾的CRISPR版本提高某些基因的活性，從而阻止攜帶著導(dǎo)致極端體重增加易于發(fā)生的基因突變的小鼠出現(xiàn)重度肥胖。重要的是，他們實現(xiàn)了持久的體重控制，而無需對小鼠基因組進行一次基因編輯。相關(guān)研究結(jié)果于2018年12月13日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標題為“CRISPR-mediated activation of a promoter or enhancer rescues obesity caused by haploinsufficiency”。

單拷貝突變導(dǎo)致許多人類疾病

盡管人類基因組包含每個基因的兩個拷貝，一個拷貝來自父親，另一個拷貝來自母親，但是科學(xué)家們已知道在至少660個基因中，僅一個拷貝發(fā)生突變就能夠?qū)е录膊。渲械囊恍┘膊∩踔潦菤缧缘摹Ｖ囟确逝志褪沁@樣的一種疾病。在這項新的研究中，這些研究人員利用重度肥胖作為一種模型，旨在開發(fā)新的治療方法來自治療這些由單拷貝突變引發(fā)的疾病。

基因SIM1或MC4R---兩個在調(diào)節(jié)饑餓和飽腹感中起著至關(guān)重要作用的基因---的單個拷貝發(fā)生突變在重度肥胖患者中是經(jīng)常觀察到的。當這些基因的兩個拷貝都起作用時，人們通常能夠控制他們的食物攝入。但是基因突變能夠讓其中的一個拷貝失去功能，這迫使人體完全依賴于單個正常的基因拷貝，然而這個正常的基因拷貝本身無法足夠地發(fā)出飽食信號，這就使得受到影響的個人具有無休止的食欲。結(jié)果就是他們無法控制他們的食物攝入并最終導(dǎo)致重度肥胖。但是，CRISPR技術(shù)取得的最新進展可能提供一種治療方案。

論文通訊作者、加州大學(xué)舊金山分校生物工程與治療科學(xué)教授Nadav Ahituv博士說，“我們認為如果我們能夠增加現(xiàn)有的一個功能性基因拷貝的表達劑量，我們就可能阻止攜帶單拷貝突變的個人患上許多人類疾病。我們能夠通過使用在加州大學(xué)舊金山分校開發(fā)的一種基于CRISPR的新技術(shù)來實現(xiàn)這一目標。”

利用CRISPRa激活抑制食欲的基因

在這項新的研究中所涉及的這種技術(shù)是一種稱為CRISPR介導(dǎo)激活（CRISPR-mediated activation, CRISPRa）的技術(shù)。它是由加州大學(xué)舊金山分校細胞與分子藥理學(xué)教授Jonathan Weissman博士及其團隊開發(fā)出來的，它與常規(guī)CRISPR的不同之處在于它不會對宿主基因組進行切割。它保持了常規(guī)CRISPR的引導(dǎo)系統(tǒng)，這種引導(dǎo)系統(tǒng)經(jīng)編程后能夠靶向特定的DNA序列，但是將與一串短肽（即SunTag array）融合在一起的沒有切割活性的Cas9（dCas9）替換常規(guī)CRISPR中的有切割活性的Cas9。當CRISPRa找到其靶DNA序列時，這一串短肽能夠在細胞中招募轉(zhuǎn)錄激活因子，從而促進特定基因表達，但是沒有發(fā)生基因編輯。

在認識到它的潛力后，這些研究人員構(gòu)建出靶向調(diào)節(jié)SIM1或MC4R活性的序列的CRISPRa系統(tǒng)。他們在經(jīng)過基因改造后僅有SIM1或MC4R的一個功能性拷貝的小鼠中，利用一種病毒運送系統(tǒng)將這些CRISPRa構(gòu)造體導(dǎo)入到小鼠的大腦饑餓控制區(qū)域中。

接受CRISPRa構(gòu)造體注射的小鼠比沒有接受CRISPRa構(gòu)造體注射的小鼠產(chǎn)生更多的SIM1或MC4R，而且，產(chǎn)生的SIM1或MC4R數(shù)量與具有這些基因的兩個功能性拷貝的小鼠在正常情形下產(chǎn)生的數(shù)量相當。最為重要的是，增加的表達劑量足以阻止這些小鼠變得肥胖。

論文**作者、Ahituv實驗室研究員Navneet Matharu博士說，“這些結(jié)果是激動人心的。缺失一個SIM1基因拷貝的小鼠在4周齡時接受了CRISPRa注射，并且像正常小鼠那樣保持健康的體重。未接受CRISPRa注射的小鼠不能停止進食。它們在6周齡時開始體重增加，而且到10周大時，攝入普通飲食的它們出現(xiàn)重度肥胖。”

接受CRISPRa治療的小鼠在體重上要比未治療的小鼠減輕30％至40％。這種效果也是持久性的。這些研究人員對這些小鼠進行了10個月的監(jiān)測---這是小鼠正常壽命的一小部分---并且發(fā)現(xiàn)那些接受CRISPRa單次治療的小鼠在監(jiān)測期間保持了健康的體重。

Matharu說，“這些結(jié)果表明，CRISPRa可能用于提高因一個基因拷貝缺失引起的疾病中的基因表達劑量，從而為某些形式的肥胖以及數(shù)百種其他疾病提供一種潛在的治療方法。”

CRISPRa能夠克服基因編輯的局限性

這些研究人員認為，通過使用CRISPR對這些小鼠的基因組進行編輯，也可能取得類似的結(jié)果，但是他們認為相比于這種常規(guī)的基因編輯技術(shù)，CRISPRa具有許多優(yōu)勢。

論文共同作者、加州大學(xué)舊金山分校糖尿病研究主任Christian Vaisse博士說，“出于治療目的，CRISPRa可能優(yōu)于常規(guī)CRISPR。它解決了許多與對基因組進行**性修飾相關(guān)的問題，并且它有潛力治療多種不能選擇基因編輯加以治療的遺傳疾病。”

盡管常規(guī)CRISPR靶向特定的DNA序列，但是人們已觀察到它存在脫靶效應(yīng)。對常規(guī)CRISPR而言，這可能無意中導(dǎo)致基因組發(fā)生**性變化，從而產(chǎn)生潛在有害的結(jié)果。然而，與CRISPRa相關(guān)的脫靶效應(yīng)不太可能具有破壞性，這是因為它沒有導(dǎo)致**性變化。事實上，這項新的研究表明利用CRISPRa靶向啟動子和增強子---控制基因何時何地開啟的非編碼DNA序列---似乎能夠阻止脫靶效應(yīng)，同時將所需的效果限制在感興趣的特定組織中。

這些研究人員還指出CRISPRa可能用于治療其他類型的遺傳疾病。就目前而言，由所謂的“微缺失（microdeletion）”---這一術(shù)語指的是較大的橫跨上百萬個核苷酸和多個基因的染色體片段缺失---引起的疾病對常規(guī)CRISPR來說因缺口太大而無法加以修復(fù)。在這種情況下，CRISPRa可能通過增加染色體上未受影響的基因拷貝的活性來補償這種微缺失。他們表示，在基因完全喪失（即一個基因的兩個拷貝都失去活性）的情況下，CRISPRa還可能激活另一個具有相似功能的基因來補償這個缺失的基因。

Ahituv說，“盡管這項新的研究著重關(guān)注肥胖，但是我們認為我們的系統(tǒng)可能用于僅一個基因拷貝的缺失就能夠?qū)е录膊〉娜魏吻樾巍Ｎ覀兊姆椒ㄕ故玖怂谥委煻喾N疾病上具有巨大的治療潛力，而且我們能夠在不對基因組進行任何編輯的情況下實現(xiàn)這些益處。”