根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，全世界有4.66億人患?xì)埣残月?tīng)力損失，相當(dāng)于平均不到20人中就有1人喪失聽(tīng)力。遺傳造成的聽(tīng)力損失還是新生兒最常見(jiàn)的殘疾之一?；蚓庉嫾夹g(shù)的問(wèn)世，為治療基因缺陷引起的遺傳性耳聾帶來(lái)了前所未有的希望。
最近，哈佛醫(yī)學(xué)院和波士頓兒童醫(yī)院的一支聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，利用優(yōu)化的CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)，在耳聾小鼠模型上精確識(shí)別并修正內(nèi)耳的致聾突變，幫助小鼠留住聽(tīng)力。這一概念驗(yàn)證的完成有望為眾多遺傳性耳聾患者帶來(lái)安全的基因編輯療法。研究成果日前發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然-醫(yī)學(xué)》。
貝多芬小鼠
在我們的耳朵深處，也就是被稱為內(nèi)耳的部分，有一類“毛細(xì)胞”，它們分布在內(nèi)耳表面，形狀如一叢叢鬃毛，在聽(tīng)覺(jué)中發(fā)揮重要作用。
耳鼻喉科教授Jeffrey Holt和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)科學(xué)教授David Corey領(lǐng)導(dǎo)的研究小組過(guò)去發(fā)現(xiàn)，毛細(xì)胞要行使傳導(dǎo)聽(tīng)覺(jué)信號(hào)的功能，離不開(kāi)一種叫作TMC1的蛋白。當(dāng)編碼TMC1蛋白的基因發(fā)生突變，毛細(xì)胞會(huì)逐漸退化和死亡，導(dǎo)致聽(tīng)力喪失。某些遺傳性耳聾患者在10~15歲開(kāi)始逐漸失聰、到25歲左右完全喪失聽(tīng)力，正是因?yàn)門MC1基因突變。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)TMC1基因后，利用同樣的突變構(gòu)建了一種疾病模型小鼠，希望在此基礎(chǔ)上研究疾病的治療方法。這些基因突變小鼠會(huì)在出生一段時(shí)間后逐漸損失聽(tīng)力，到“青壯年”時(shí)完全失聰。科學(xué)家們給這種疾病模型起名為“貝多芬小鼠”，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出的病程正與大音樂(lè)家貝多芬經(jīng)歷的進(jìn)行性聽(tīng)力喪失相似。不過(guò)，順便一提，貝多芬失聰?shù)恼嬲蛉詻](méi)有定論。
精確找到30億分之一
和TMC1突變的耳聾患者一樣，貝多芬小鼠體內(nèi)的Tmc1基因僅僅出現(xiàn)了“一點(diǎn)”小錯(cuò)誤：在來(lái)自父母雙方的兩個(gè)基因拷貝中，一個(gè)Tmc1出現(xiàn)突變就會(huì)致聾；而突變的DNA序列，僅僅是一個(gè)堿基發(fā)生了變化。
想要通過(guò)基因療法修正DNA錯(cuò)誤，用研究者的話說(shuō)，意味著他們的基因編輯系統(tǒng)需要成功地在小鼠基因組的30億個(gè)堿基字母中找出一個(gè)錯(cuò)誤的字母。
為了精確定位貝多芬小鼠的錯(cuò)誤基因拷貝，同時(shí)不影響正?；?，研究團(tuán)隊(duì)在經(jīng)典CRISPR-Cas9系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，分別對(duì)引導(dǎo)分子gRNA和內(nèi)切酶Cas9都做了優(yōu)化。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中的初步檢驗(yàn)表明，優(yōu)化后的CRISPR-Cas9工具能在Tmc1基因的兩個(gè)拷貝中準(zhǔn)確區(qū)分突變版本和正常版本。
隨后，研究人員通過(guò)腺相關(guān)病毒（AAV）載體將基因療法遞送到小鼠內(nèi)耳。
DNA分析的結(jié)果顯示，基因編輯活性只局限于在貝多芬小鼠的內(nèi)耳細(xì)胞。而對(duì)正常小鼠做同樣的“治療”，沒(méi)有在內(nèi)耳細(xì)胞中檢測(cè)到任何編輯變化，說(shuō)明這種療法沒(méi)有干擾正常的基因功能，進(jìn)一步說(shuō)明了該工具的特異性。
研究人員在顯微鏡下觀察了小鼠內(nèi)耳的毛細(xì)胞。不出所料，在未經(jīng)治療的貝多芬小鼠中，毛細(xì)胞隨著結(jié)構(gòu)的惡化逐漸消失；相比之下，接受治療后的小鼠，保留了正常數(shù)量的毛細(xì)胞，結(jié)構(gòu)完整或近乎完整。
內(nèi)耳毛細(xì)胞的結(jié)構(gòu)得到挽救后確實(shí)能起到改善聽(tīng)力的作用嗎？科學(xué)家們通過(guò)“聽(tīng)性腦干反應(yīng)（ABR）”檢查了小鼠的聽(tīng)力。這種測(cè)試方法檢查不同強(qiáng)度聲音刺激下的腦電波反應(yīng)，意味著內(nèi)耳中聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞捕獲到聲音后把信號(hào)傳到了大腦。這也是新生兒聽(tīng)力篩查的常用方法。
在不治療的情況下，貝多芬小鼠通常在1個(gè)月大時(shí)就開(kāi)始對(duì)高頻聲音反應(yīng)降低，6個(gè)月大時(shí)完全失聰。相比之下，出生后不久就接受基因編輯療法的小鼠，在2個(gè)月時(shí)與健康小鼠的聽(tīng)力幾乎沒(méi)有差別；到6個(gè)月大時(shí)，對(duì)低頻聲音的聽(tīng)力仍保持正常，有些甚至對(duì)高頻聲音的反應(yīng)也接近健康小鼠。更令人鼓舞的是，有一部分經(jīng)過(guò)治療的貝多芬小鼠，在此后的近一年里保持了穩(wěn)定的聽(tīng)力！
在人們非常關(guān)注的安全性上，這種療法的表現(xiàn)也值得一提?？茖W(xué)家們給沒(méi)有攜帶缺陷基因的小鼠施用療法后，小鼠沒(méi)有因此遭受任何聽(tīng)力損失。
在這項(xiàng)研究的最后，為測(cè)試該療法在遺傳性失聰患者上的治療潛力，科學(xué)家們?cè)谝幌盗袛y帶TMC1突變的人類細(xì)胞系上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。DNA分析顯示，只有突變拷貝會(huì)被編輯，同一個(gè)細(xì)胞中的正常拷貝不會(huì)受影響。
從這些結(jié)果來(lái)看，研究團(tuán)隊(duì)帶來(lái)的新CRISPR-Cas9工具“大大提高了標(biāo)準(zhǔn)基因編輯技術(shù)的有效性和安全性”。但他們也提醒，即便是像這樣已經(jīng)高度精確的基因編輯療法，在用于人類之前仍有大量工作需要做。
由于這種方法能夠靶向單個(gè)點(diǎn)突變，受益的將不僅僅是TMC1突變?cè)斐傻倪z傳性耳聾患者，由其他聽(tīng)覺(jué)基因單突變?cè)斐傻?5種遺傳性耳聾也都有望通過(guò)這種方法得到治療。這樣的進(jìn)展無(wú)疑令人期待！“我們相信，這些結(jié)果打開(kāi)了一扇大門，由基因單拷貝缺陷造成的一系列遺傳疾病都可以在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)靶向治療。”Holt教授說(shuō)，“這真的是精準(zhǔn)治療。”
貝多芬本人沒(méi)有親耳聽(tīng)過(guò)《歡樂(lè)頌》，而精準(zhǔn)的基因編輯療法正在接近治愈疾病的目標(biāo)，為眾多耳聾患者帶來(lái)一曲歡樂(lè)頌。
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