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今天下午,诺贝尔基金会宣布,最近几年火热的CRISPR基因编辑系统斩获本年度的诺贝尔化学奖,做出卓越贡献的Emmanuelle Charpentier教授和Jennifer Doudna教授分享这一殊荣。
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图1. 2020年诺贝尔化学奖得主
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O9 ?# R1 x8 `' g, H" W' j1 B图片来源:参考资料1
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0 V) l' o5 @- ?8 l上图为获得2020年诺贝尔化学奖的两名科学家,CRISPR技术自问世以来,就一直被诺奖候选的光环所围绕。华裔科学家张锋是将CRISPR技术付诸应用的第一人。为了CRISPR的专利归属权,Doudna和Charpentier曾与华裔科学家张锋对簿公堂,本次张锋却与诺奖失之交臂,令人唏嘘。
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什么是基因编辑
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基因编辑是最近的一项重大发现,通过一套CRISPR-Cas9系统,科学家可以对基因上的序列信息进行编辑。比如说,某个疾病是由于一个基因突变导致的,那么我们可以通过一定方式将这个基因错误的序列给改过来。除去直接修改基因序列,我们还可以将某个基因精准地敲除掉,或者添加序列以改变基因的功能。
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目前基因编辑技术已经进步到“单碱基”基因编辑,这已经是非常精确了,可以大大地降低基因编辑的脱靶效应,避免编辑的时候修改了不应该修改的基因。! D- q' T) x4 t5 l# r2 G/ G/ `
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任何新的技术突破,都会首先被应用到肿瘤的治疗方面,毕竟肿瘤是一个大病,而且全球有近千万患者等着更新的治疗措施。01
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) G+ d* i5 H+ e: [什么是基因编辑, |' m+ }2 v$ B" F9 }+ N) }) J
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基因编辑是最近的一项重大发现,通过一套CRISPR-Cas9系统,科学家可以对基因上的序列信息进行编辑。比如说,某个疾病是由于一个基因突变导致的,那么我们可以通过一定方式将这个基因错误的序列给改过来。除去直接修改基因序列,我们还可以将某个基因精准地敲除掉,或者添加序列以改变基因的功能。( N; K' i6 ?' p+ I! |; Y. m
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+ E7 l- Q3 s9 {) l. n9 h- z目前基因编辑技术已经进步到“单碱基”基因编辑,这已经是非常精确了,可以大大地降低基因编辑的脱靶效应,避免编辑的时候修改了不应该修改的基因。 F, C9 j, }, y# O8 d
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任何新的技术突破,都会首先被应用到肿瘤的治疗方面,毕竟肿瘤是一个大病,而且全球有近千万患者等着更新的治疗措施。" D% ^+ Z2 c6 t/ m5 k
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图2. 基因编辑应用在肿瘤研究的报道越来越多
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图片来源:参考文献4
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# M) U x! i# k3 n如上图,基因编辑应用在肿瘤诊断和治疗应用的研究论文越来越多,在多种肿瘤都有相关的研究报道。
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基因编辑在肿瘤治疗中的应用: N4 Y7 q3 |; A2 w d, S% y
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基因编辑技术诞生以来,很多肿瘤学家开始思考将这个技术应用于新药开发,或者具体的治疗过程。3 x, d2 w: n& C$ d, c V9 m
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" ^& a! Y" {7 C4 G7 R图3. CRISPR-Cas9在癌症治疗中的应用潜力6 m) H K, i J$ }
* I. g9 ]2 k! l. V图片来源:参考文献5
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$ j5 D' E8 g9 K" n8 M如上图所示,基因编辑技术应用在肿瘤治疗的潜力非常巨大,比如可以进行癌细胞基因组的编辑,以发现哪些基因对肿瘤的发展或转移比较重要。此外还可以用来对付引发癌症的病毒感染,各种肿瘤模型的构建。当然最重要的是可以进行新抗癌药物的研发。此外对于现有的肿瘤治疗措施,也可以通过基因编辑来增强和改进。
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图4. 基因编辑技术可以用来鉴定影响肿瘤进展和转移的基因: x' e) W/ u4 y$ x
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9 f4 r- P: b, }, A如上图所示,每一种癌症的基因突变是不同的,那么参与肿瘤发展和转移的基因也不一样。为此我们可以通过基因编辑的技术来筛选那些基因是关键的,如果通过实验确定了关键的基因,那么就可以针对这些基因研发药物以治疗肿瘤。) P/ [, l6 Y. h+ J: D1 r
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对于目前大火的PD-1治疗,基因编辑技术也可以大显身手。大家了解免疫细胞表达PD-1蛋白,而肿瘤细胞表达PD-L1蛋白,当免疫T细胞识别出了肿瘤细胞准备攻击时,PD-1和PD-L1两个蛋白相互识别阻止了免疫T细胞的攻击,所以使用药物来阻断这两种蛋白的结合。实际上我们也可以通过基因编辑的技术来促使免疫细胞攻击肿瘤。) b" A9 B# ?6 v+ K4 h# g# ]$ E
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图5. CRISPR / Cas9作为治疗癌症的工具2 Z2 t! E% n+ j
6 M1 r! W3 Z) Y: M( q, Y R" [图片来源:参考文献2
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如上图所示,我们通过基因编辑的技术,将T细胞的PD-1蛋白敲除掉,然后再进行大量扩增免疫T细胞,回输入到患者身体,这个时候肿瘤细胞表达多少PD-L1也不用怕了,因为免疫T细胞已经没有PD-1蛋白了。可以增加免疫系统击杀肿瘤的能力。+ k0 D: h5 s5 x$ t* z2 g3 R! X
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. h% n; l3 x: T: d; |图6. 使用CRISPR / Cas9进行肿瘤治疗的注册临床试验
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. x B& V$ J1 g! ]4 i图片来源:参考文献2( @) o9 m6 y3 v; ?* W. f: U
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上图为近期的一些临床研究,这些临床研究都利用基因编辑的技术来增强治疗肿瘤的效果。5 I! O( ^( s3 K* U; u! l
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癌度带大家回顾一下,我们将传统放化疗比作肿瘤治疗的1.0时代,那么靶向治疗和免疫治疗将分别属于2.0时代、3.0时代。而基于基因编辑技术的肿瘤治疗时代将是4.0时代。相比靶向治疗、PD-1等免疫治疗带给我们的惊喜,基因编辑技术对肿瘤治疗而言更是具有无限潜力和想象力。基于这一技术,会有更多更新的治疗药物和治疗理念出现,真正助益到肿瘤患者。" c& n+ \4 D5 n
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我们相信,总有一天会将肿瘤控制为慢性疾病。
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