一颗经过基因编辑的猪心脏引发的关注——技术前沿进展与未来方向

9月20日，美国马里兰大学医学中心的外科医生成功将一颗转基因猪心脏移植到人类体内。接受移植的是一名患有晚期心脏病的58岁男子，目前患者可以自主呼吸，新的心脏在没有任何机械支持的情况下也能正常工作。这也是全球第二例猪心移植人类手术。值得注意的是，此次手术中使用的是一颗经过基因编辑的猪心脏。基因编辑领域在发展和迭代的过程当中，也出现了许多突破性的进展，值得关注。 

一、基因编辑技术的分类

基因编辑技术是指通过核酸酶对靶基因进行定点改造，实现特定DNA的定点敲除、敲入以及突变等，最终下调或上调基因的表达，以使细胞获得新表型的一种新型技术。目前基因编辑技术主要包括：（1）锌指核酸酶技术（ZFN）；（2）转录激活子样效应因子核酸酶技术（TALEN）；（3）规律性间隔的短回文序列重复簇（CRISPR）。

自2013年首次作为编辑基因工具应用于哺乳动物细胞以来，CRISPR/Cas9技术已迅速成为主流。包括ex vivo应用的血液疾病、in vivo应用的感染类疾病和粘多糖贮积症等遗传性疾病，其临床都已经在如火如荼的开展。

二、近期前沿进展

8月15日，中国科学院天津工业生物技术研究所研究员张学礼、毕昌昊团队联合国家眼部疾病临床医学研究中心孙晓东团队，在Nature Communications期刊发表了题为：AAV-mediated base-editing therapy ameliorates the disease phenotypes in a mouse model of retinitis pigmentosa的研究论文。该研究利用双AAV载体递送碱基编辑器精准纠正了视网膜色素变性（RP）小鼠的单碱基突变，挽救了感光细胞，恢复了RP小鼠的视觉功能。通过单次视网膜下腔注射，双AAV递送的腺嘌呤碱基编辑器精准纠正了位于视网膜神经细胞的致病性单核苷酸变异，效果高达49%，恢复了功能性蛋白表达，延长了感光细胞存活时间。后续电生理及行为学结果表明，小鼠的视觉功能得到了显著改善。总的来说，这项研究为遗传性视网膜疾病治疗指明了新方向，为视网膜色素变性患者带来曙光，有助于加速基于碱基编辑的基因疗法的发展。

8月31日，圣裘德儿童研究医院等机构的研究人员在The New England Journal of Medicine（新英格兰医学杂志）上发表了题为：CRISPR-Cas9 Editing of the HBG1 and HBG2 Promoters to Treat Sickle Cell Disease的研究论文。这项1/2期临床试验表明，由Intellia和诺华合作开发的CRISPR-Cas9基因编辑疗法OTQ923，在治疗重度镰状细胞病患者表现出了安全性和有效性。

9月11日，上海科技大学季泉江教授团队在Nature Chemical Biology期刊发表了题为：Molecular basis and engineering of miniature Cas12f with C-rich PAM specificity的研究论文。该研究解析了微型基因编辑系统CRISPR-CnCas12f1的三元复合体的结构，揭示了其独特的结构特征与其识别富C PAM序列并发挥催化作用的分子机制，并通过工程化改造引导RNA，将最初没有编辑活性的CnCas12f1转化为人类细胞中高效的基因编辑工具。

三、未来发展方向

在人工智能日益发展和完善的当下，利用AI技术赋能基因编辑也是当下炙手可热的方向之一。AI正加速生命健康和生物医药的发展，AI让基因编辑更精准快速地找到靶点。7月3日，纽约大学和哥伦比亚大学的研究人员在Nature Biotechnology期刊发表了题为：Prediction of on-target and off-target activity of CRISPR–Cas13d guide RNAs using deep learning的研究论文。研究团队将深度学习技术与CRISPR筛选相结合，开发了一种人工智能（AI）平台——TIGER，可以预测RNA靶向的CRISPR系统（CRISPR-Cas13d）的上靶和脱靶活性，还能实现对基因表达水平的精确调控。这项新技术为CRISPR基因编辑疗法中的精准基因调控铺平了道路，也进一步推动了RNA靶向的CRISPR系统在人类遗传学和药物发现方面的广泛适用性。此外，AI+基因编辑技术可以帮助医生更准确地诊断疾病，提高治疗效果。例如，基于AI的医学影像分析系统可以快速识别肿瘤，而基因编辑技术则可以治愈一些难以治愈的遗传性疾病。

不过，基因编辑技术仍然面临一些伦理和安全问题，例如基因编辑可能导致意外的副作用或不可预见的后果。因此，全球需要加强基因编辑技术的监管和规范，确保其安全和可持续发展。

参考文献：

[1]澎湃.斩获诺奖的基因编辑技术为何这么牛？[EB/OL].[2023-08-25].https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_24361657.

[2] Wu Y, Wan X, Zhao D, et al. AAV-mediated base-editing therapy ameliorates the disease phenotypes in a mouse model of retinitis pigmentosa[J]. Nature Communications, 2023, 14(1): 4923.

[3] Sharma A, Boelens J J, Cancio M, et al. CRISPR-Cas9 Editing of the HBG1 and HBG2 Promoters to Treat Sickle Cell Disease[J]. New England Journal of Medicine, 2023, 389(9): 820-832.

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