人體內(nèi)已命名的基因共有25000多條，目前已知一部分基因（3000）的突變會引起各類疾病。對于此類疾病的治療，最本質(zhì)的手段是通過一些方法將突變后的遺傳物質(zhì)矯正回原來的狀態(tài)。這類方法被稱為遺傳療法（genetic therapies）。目前最廣泛的遺傳療法手段為：1. 以病毒載體感染方式引導的源基因?qū)耄?. 以RNA干擾方式引導的目的基因表達下調(diào)。這些手段在治療嚴重復(fù)合型免疫缺陷疾?。⊿CID）以及Wiskott-Aldrich綜合征方面獲得了成功。盡管如此，RNAi技術(shù)在應(yīng)用的廣泛性上還存在局限。

基因編輯技術(shù)（genome editing technologies）是針對DNA本身進行的操作手段。最近應(yīng)用型基因編輯領(lǐng)域的'鼻祖'，美國麻省理工學院張鋒教授等人發(fā)表在《Nature Medicine》雜志上的一篇綜述詳細介紹了這些技術(shù)的原理以及在臨床上的應(yīng)用前景。

基因編輯技術(shù)的基本原理

歸巢酶，ZFN，TALEN以及CRISPR/cas9四種核酸內(nèi)切酶均能夠特異性地識別與切割特定的DNA序列，引起DNA雙鏈斷裂（DSB）。根據(jù)其識別方式的不同可以分為：蛋白質(zhì)與DNA的識別與切割，包括歸巢酶，ZFN，TALEN； RNA與DNA的識別與蛋白質(zhì)介導的切割，即CRISPR/cas9。在特異性方面，歸巢酶具有一個較大的DNA識別結(jié)構(gòu)域，此結(jié)構(gòu)同時負責DNA的切割；ZFN與TALEN是由多個酶亞基組成的復(fù)合體，分別具有特異性識別DNA的能力與 DNA內(nèi)切活性。在應(yīng)用方面，歸巢酶及ZFN需要通過人工突變的方式構(gòu)造切割不同DNA序列的工程酶，LALEN則需要復(fù)雜的分子克隆達到此目的。與之不同，在CRISPR/cas9系統(tǒng)中，可以通過簡單的sgRNA的變化達到切割不同的基因片段的目的。切割完成后，目的位點會出現(xiàn)雙鏈斷裂（DSB）的結(jié)果并引起生物體的主動修復(fù)。NHDJ修復(fù)以另外一條未被切割的DNA鏈為模板，從而保證修復(fù)結(jié)果的準確。在反復(fù)不斷地斷裂-修復(fù)過程中，容易在切割位點造成插入或缺失突變，這樣就達到了造成基因紊亂的目的。另外，研究人員利用HDR的修復(fù)機制可以人為制造想要得到的突變結(jié)果，從而達到基因修復(fù)的效果。

基因編輯療法簡介

基因編輯在疾病治療方面的應(yīng)用模式主要為：矯正/沉默有害突變，插入保護性突變，加入治療性基因以及敲除病毒DNA。對于突變引起的有害基因的活化，可以通過簡單的沉默或敲除的方式達到治療的目的，如亨廷頓氏舞蹈癥（一種顯性突變引起的家族性遺傳?。?，但是對于突變引起的正?；虻氖Щ?，則需要通過HDR的方式對目的序列進行編輯，使其恢復(fù)到原有的健康狀態(tài)，如泰薩氏病 （一種隱性基因突變引起的遺傳性疾?。?。

基因編輯的效率

基因編輯的效率受到編輯方式，細胞類型，位點序列等多個因素的影響?？傮w上來講，NHEJ要比HDR效率更高。對于我們更關(guān)心的HDR方式，主要受到4個因素的影響：1，修飾的本質(zhì)，如改變的序列幅度；2，其識別特異性的干擾，如NHEJ可能干擾DSB造成的針對HDR的特異性序列，造成其效率的下降；3，破壞序列與改造序列的相似度；4，HDR拓撲結(jié)構(gòu)。

具體治療手段與成功案例

目前常見的治療手段為體外治療與體內(nèi)治療。體外治療為將病人體內(nèi)需要被改造的細胞取出，在體外進行培養(yǎng)與改造，然后將改造后的細胞導入體內(nèi)；體內(nèi)治療為直接將改造材料注入患者體內(nèi)，可以是系統(tǒng)性地改造，也可以是局部的改造。體外改造的成功例子是講HIV攜帶者體內(nèi)的CD4陽性T細胞表面的CCR5受體進行突變，然后導入體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)這一做法能夠有效提高患者CD4陽性T細胞數(shù)量與減輕HIV惡化程度。體內(nèi)感染的成功例子是對于小鼠B型血友病的治療，通過體內(nèi)導入重組因子IX，小鼠病情得到了減輕。

雖然目前基因編輯編輯技術(shù)在安全性與效率方面取得了很大的進步，但是在臨床應(yīng)用方面還有很大的挑戰(zhàn)。我們需要一方面不斷提高基因編輯的效率，以期能夠以最小的代價得到有效治療；另外，我們還需要不斷探索這些核算內(nèi)切酶的作用機制，從而能夠進一步提高它們的特異性，將副作用降到最低。