打通体内基因编辑治疗最后一公里，蔡宇伽团队开发我国首个原创基因治疗载体：类病毒体

2021-01-06 生物世界

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编辑 | 王聪

排版 | 水成文

自最早的基因编辑工具问世至今，基因编辑技术已经有近30年的历史了。特别是2012年以来，随着 CRISPR 的横空出世，基因编辑技术日渐趋于成熟。

然而遗憾的是，相对于基因编辑工具本身的快速进化，其递送技术的发展极其缓慢和困难。而递送之于基因编辑治疗的重要性如同火箭之于登月。由于递送技术的滞后发展，体内基因编辑治疗的临床应用困难重重，整个领域都在期待递送技术的突破。

2020年初，诺奖得主 Jennifer Doudna 在 Nature 杂志发表综述，系统论述了基因编辑治疗的前景和挑战，在展望CRISPR美好应用前景的同时，这位CRISPR技术的奠基人发出了‘ 递送可能仍然是基因编辑体细胞治疗的最大瓶颈 ’ （Delivery remains perhaps the biggest bottleneck to somatic-cell genome editing）的感叹。

近几年来，基因编辑工具本身的发展令人眼花缭乱，各种Cas9变体、碱基编辑工具及其变体、Prime Editor等，层出不穷。

但是，这些工具的临床应用必须回归到递送，而迄今为止可选的递送工具还是有几十年历史的‘老三件’： AAV 、 慢病毒 以及 纳米材料 。

尽管这些递送载体广泛用于基础研究，但它们却不太适合直接用于临床。基因编辑的临床应用有着安全性和有效性的双重标准。一方面，病毒载体由于长时间的表达基因编辑酶，会带来安全性上的不确定性；另一方面，纳米材料则面临效率上的挑战。

2020年上半年，张锋作为创始人的著名基因编辑治疗科技型企业Editas Medicine实施了首例人体基因编辑治疗的临床研究（全球首个在体CRISPR基因编辑完成患者给药）。但由于该研究使用AAV作为载体，CRISPR将长期与患者共存，具有一定的风险。

理想的基因编辑递送工具需要兼具瞬时和高效的特点，以确保治疗的安全性和有效性。

近日，上海交通大学系统生物医学研究院的 蔡宇伽 团队在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 杂志上发表了题为： Lentiviral delivery of co-packaged Cas9 mRNA and a Vegfa-targeting guide RNA prevents wet age-related macular degeneration in mice 的研究论文。

该研究发明了一种介于病毒载体与非病毒载体之间的 类病毒体 （virus-like particle, VLP ） 递送技术 。

VLP可以递送CRISPR/Cas9 mRNA，实现安全和高效的体内基因编辑 。值得一提的是，该技术是 我国首个完全自主开发的原创型基因治疗载体 ，体现了我国在基因治疗领域的科技进步。

蔡宇伽 博士表示：实现基因编辑酶在体内的瞬时递送是基因治疗科学家的梦想。有了这样的载体，我们可以最大限度地提高基因编辑治疗的安全性，也意味着基因编辑体内治疗离临床应用无限接近。然而，实现这个梦想并不容易，也几乎没有人相信可以成功。我从博士生时代开始尝试，到现在成为博士生的导师， 经过10年时间的不断地探索与积累，直到最近才取得了核心突破 。

慢病毒载体 可以高效感染几乎所有的细胞，而非病毒成分mRNA具有瞬时性的特点。蔡宇伽团队利用mRNA茎环结构与噬菌体衣壳蛋白特异识别的原理，通过病毒工程技术，将两者的优点完美的结合起来，创造了新型递送技术 VLP-mRNA 。

通过VLP-mRNA递送Cas9 mRNA，Cas9的存在时间只有72小时。研究发现，与长时间表达Cas9的病毒系统相比， VLP-mRNA可以显著降低、甚至完全避免脱靶效应 。另外，VLP-mRNA可以递送整个CRISPR元件（Cas9与gRNA）， 克服了AAV载体运载能力小的限制，甚至可以递送更大的碱基编辑工具 。

研究团队还将VLP-mRNA技术用于眼科疾病的治疗。 老年性黄斑变性 （AMD）是一种退行性眼底疾病。患者表现为中心视力下降、视物变形、周边部或中心视野出现暗点,对老年人的生活质量造成极大的影响。

据统计，西方发达国家中 70 岁以上的老年人罹患 AMD 者超过 40%。随着我国老年人口日渐增多，黄斑变性的发病率也越来越高。另外，糖尿病患者也可能罹糖尿病相关黄斑变性，总体发病率在10%左右。目前，黄斑变性的治疗方法是VEGF单克隆抗体。然而，抗体需要反复给药；另外，抗体外溢可导致严重的副反应。

研究团队利用激光诱导的小鼠黄斑变性模型，通过视网膜下腔注射的方式，发现CRISPR特异性的分布在视网膜色素上皮细胞（RPE），而RPE 细胞是眼内VEGF的主要来源。

VLP递送CRISPR实现了高达44%的Vegfa基因敲除，降低了63%的新生血管面积。二代测序表明VLP-mRNA未诱导出脱靶效应。

对于此前报道的AAV递送CRISPR引起的大片段缺失，研究团队通过三代测序，仅能发现勉强高于背景的信号。值得一提的是，VLP mRNA无论在体外还是在眼内，均未引起免疫反应。这些实验结果有力支持了CRISPR在黄斑变性基因治疗上的临床应用潜力。