CRISPR 所带来的基因治疗愿景如此让人期待,哪些疾病会是让科学家跃跃欲试的幸运儿,成为这划时代医疗新策略的敲门砖呢?
细胞核内带有的基因体讯息像是已经写好的剧本,左右著细胞的表现型态与功能。虽然,我们无法对这套剧本里的所有细节都知之甚详,但对剧本里的某些章节段落,倒是将底细摸得极其透彻。目前相关科学研究,不但知道哪一段基因序列出了错,会导致蛋白质功能不全或调控失常;还知道该如何组合 A、T、C、G 碱基对,好让表现出来的蛋白质能执行特定功能。默默地,科学家似乎学会了另一种语言,学会沟通著基因序列,来解码蛋白质表现、还有细胞功能与型态。
如果能够直接在细胞内基因体上“编辑”基因序列,不论是将突变而导致的错误基因讯息加以更正,或是增添有用的讯息,让细胞能够扭转病理上的劣势,都是“基因治疗”的新天堂乐园。但纵然科学家已经知道剧本该如何改写,却一直苦于巧妇难为无米之炊。要直接编辑细胞内的基因讯息,是难如登天的挑战。
但近几年逐渐成熟的 CRISPR 新技术,倒是像终于睡醒的神灯内精灵,似乎已经随时准备好吹响“基因治疗”新纪元来临的号角。在药厂、生技公司与学术界都跃跃欲试的此刻,是哪些疾病被 CRISPR 这只神灯精灵恰恰好选中,担纲划时代医疗的首批试金石呢?
其一,就是多年来盘踞十大死因之首,当仁不让稳坐第一名的的恶性肿瘤。
2016年十月底,中国就已一马当先地将 CRISPR 用于临床治疗的可能性,由科学家的痴梦带到现实中。中国成都四川大学的卢铀博士,在华西医院开始了全球第一起以 CRISPR 为治疗主轴的临床试验。卢铀博士以被诊断出罹有非小细胞肺癌,且发现肿瘤已转移的患者为受试者。在他们的治疗策略里,打算利用 CRISPR 技术,在实验室里将 PD-1 基因从受试者自身的T细胞内剔除掉,然后再将 PD-1 基因剔除的T细胞培养到一定数量之后,重新注射回患者体内。
为什么是将焦点放在 PD-1 呢?免疫系统要能好好发挥所长的最主要守则,就是能分辨“敌”、“我”,以免在抵抗入侵病原菌的时候,误击自身细胞而导致自体免疫反应。而为了彻底执行这条大原则,免疫反应布下许多的“检查站”(checkpoints),而 PD-1 蛋白质就是其中之一。PD-1 蛋白质像是T细胞的煞车一样;因为我们自身细胞都会表现 PD-1 的受质 PD-L1,当 PD-1 和其受体 PD-L1 结合之后,启动的讯息传递会告诉 T 细胞:“这是自己人啦!”,而抑制 T 细胞免疫反应。许多的肿瘤细胞,也就依样画葫芦地表现大量的PD-L1,企图以披着羊皮的狼之姿蒙骗过关,好躲过T细胞的攻击。因此,许多临床试验都以利用抗体来阻断 PD-1 或是 PD-L1 所传递的抑制讯息为志,也都屡屡有好消息斩获。以阻断 PD-1 讯息抑制剂为例,两株抗体药 Pembrolizumab 和 Nivolumab,在治疗非小细胞肺癌、皮肤癌中的黑色素瘤,与其他恶性肿瘤上,都已有显著成效。
既然已知阻断 PD-1 对于治疗非小细胞肺癌是成功的策略,卢铀博士所主导的 CRISPR 临床试验,自然就让人很期待最终结果。理论上,利用 CRISPR 技术剔除掉T细胞内的 PD-1 基因,会让 T 细胞杀戮肿瘤细胞的功力大增。而且,因为是使用患者自己的 T 细胞,也就不用担心会有移植排斥的副作用,这也是 CRISPR 治疗让科学家眼睛发亮的重点之一。
卢铀博士计划观察患者半年,以监测CRISPR治疗策略在临床上的安全性为主要考量;同时,他也将受试者分为接受两个治疗周期、与三个、四个治疗周期三组,借机探讨注射回患者体内的T细胞“量”,是不是和治疗成效有正相关。据闻,第一个受试者已在2016年十月底接受了第一剂注射,至于成效如何,应该可以说是整个世界都在引颈期待。
但,身为 CRISPR 发源地的美国,自然不会让中国专美于前。目前,由美国宾州大学(UPenn)、加州大学旧金山分校(UCSF),与德州大学安德森癌症中心(MD Anderson Cancer Center)合作的临床试验第一期计划,等美国食品药物监督管理局(FDA)审核通过其试验用新药的申请之后,打算在2017年上半年鸣枪起跑。
不同于中国卢铀博士的临床试验,美国这三学术巨头打算将矛头对准多发性骨髓瘤(multiple myeloma)、黑色素瘤(melanoma),与肉瘤(sarcoma)。除了利用 CRISPR 技术将患者自身 T 细胞的 PD-1 基因剔除掉,研究人员还打算一并删掉细胞上的 T 细胞抗原受体(T cell receptor,也就是常见的 TCR)。T 细胞抗原受体(TCR)可能是T细胞上最重要的受体,决定着 T 细胞所能够辨认的抗原专一性是何方神圣。因此,如果 T 细胞群上的 T 细胞抗原受体通通剔除掉,就像是把原来能辨认包罗万象千奇百怪病原菌抗原的 T 细胞,专一性通通归零,让研究人员可以做一件超级酷的事:把能够辨认“肿瘤抗原”的 T 细胞抗原受体,狸猫换太子般的放回去。
而在美国这个临床试验里,研究人员打算把能够辨认肿瘤抗原“NY-ESO-1”的T细胞抗原受体放回患者自身的T细胞内。加上这些被改造的T细胞不再能够表现 PD-1,就等于是在超级战士装了 GPS 定位系统,能够准确遥控这些超级战士找到肿瘤细胞的隐匿处,好将肿瘤细胞通通歼灭,是困难度高、但也更有战略意义的临床试验。
除了癌症,许多先天遗传性疾病也是药厂与生技公司跃跃欲试的范畴。像是镰刀型贫血(sickle cell diseases)、遗传先天性视网膜失养症中的莱伯氏先天性黑蒙症(Leber congenital amaurosis),与由转甲状腺蛋白变异所导致的淀粉样蛋白疾病(transthyretin amyloidosis),也都分别有临床试验的试验用新药申请案,在等美国食品药物监督管理局通过之后,就能推行了呢!让我们一起期待 CRISPR 所许诺的基因治疗新纪元,真的如预期中般威力无穷吧!
参考资料:
You Lu. PD-1 knockout engineered T cells for metastatic non-small lung cancer. ClinicalTrials.gov.
Sheridan C. CRISPR therapeutics push into human testing. Nat Biotechnol. 2017 Jan 10;35(1):3-5. doi: 10.1038/nbt0117-3.
Cyranoski D. CRISPR gene-editing tested in a person for the first time. Nature. 2016 Nov 24;539(7630):479. doi: 10.1038/nature.2016.20988.
First-in-human CRISPR trial. Nat Biotechnol. 2016 Aug 9;34(8):796. doi: 10.1038/nbt0816-796a. PMID: 27504762
Cyranoski D. Chinese scientists to pioneer first human CRISPR trial. Nature. 2016 Jul 28;535(7613):476-7. doi: 10.1038/nature.2016.20302. PMID: 27466105
Ledford H. CRISPR: gene editing is just the beginning. Nature. 2016 Mar 10;531(7593):156-9. doi: 10.1038/531156a. PMID: 26961639
Dever DP, et al. CRISPR/Cas9 β-globin gene targeting in human haematopoietic stem cells. Nature. 2016 Nov 17;539(7629):384-389. doi: 10.1038/nature20134.
Rapoport AP, et al. NY-ESO-1-specific TCR-engineered T cells mediate sustained antigen-specific antitumor effects in myeloma. Nat Med. 2015 Aug;21(8):914-21. doi: 10.1038/nm.3910.
DeWitt MA, et al. Selection-free genome editing of the sickle mutation in human adult hematopoietic stem/progenitor cells. Sci Transl Med. 2016 Oct 12;8(360):360ra134. PMID: 27733558