加州大学伯克利分校的科研人员发明了一种名为CRISPR-Gold的技术，其利用金纳米粒子将切割DNA的Cas9酶传递到大脑中，使研究人员能够编辑神经递质受体基因，并减少脆性X综合征（FXS）的夸张性重复行为这种发病症状的发生。
在San Antonio健康科学中心的研究负责人兼Texas大学的细胞与综合生理学助理教授Hye Young Lee表示，目前还没有治疗手段来治愈自闭症，而且许多针对靶向蛋白质的小分子治疗的临床试验都失败了。该研究是能够编辑大脑中自闭症致病基因的第一个案例，这极大地改善了实验中小鼠的行为能力。
研究人员认为，与其它将Cas9植入体内的方法相比（比如利用病毒传递），CRISPR-Gold具有更多优势。
CRISPR-Gold的发明者，加州大学伯克利分校生物工程学教授Niren Murthy认为，这篇论文真正引人注目的是，Hye Young证明了如果将CRISPR-Gold注射到大脑中，就可以剔除致病基因，并产生极大的行为能力变化。这是有史以来第一次由非病毒方法进行传递的案例。
患有自闭症谱系障碍（ASD）的人通常有与他人难以交往的问题，以及表现出夸张性的重复行为，例如重复的摇摆和拍打。虽然ASD往往有多种致病原因，包括多种基因的变异，但现在研究人员可以先通过FXS这样的单基因疾病来探索病因和潜在的治疗方法。全世界有大约1%的儿童患有自闭症谱系障碍，但FXS很罕见，大约每4,000名男孩和6,000名女孩中会有一名。
CRISPR-Gold这项新研究首次证明了Cas9蛋白可以被运送到大脑中以敲除基因并有治疗效果。虽然其他研究人员已经通过像用腺相关病毒（AAV）将Cas9基因传递到神经元中，但由于该基因不断生产Cas9酶，过多的Cas9酶会导致其它基因被敲除，引起其它方面的问题。相比之下，CRISPR-Gold本身携带Cas9复合物（包括提纯的Cas9蛋白和引导RNA）直接进入细胞，在那里它只会进行几次基因剪切，随后就会消失。
如果用AAV病毒注射CRISPR DNA，将会无法控制Cas9蛋白和引导RNA的剂量，并会导致潜在的问题。Lee认为，CRISPR-Gold方法非常有效，因为科学家可以控制希望注射的剂量，从而可能最小化CRISPR的副作用，例如脱靶效应。
Murthy认为，这项技术为治疗阿片类药物成瘾，神经性疼痛，精神分裂症和癫痫发作等疾病打开了大门。
该研究可以阻止过度兴奋的大脑。在患有FXS的小鼠实验中，研究人员将载有Cas9复合物的CRISPR-Gold注入大脑内的纹状体。纹状体是大脑控制人类习性的一块区域，和ASD的患者一样，一些常见的重复行为也被纹状体控制着。Cas9以兴奋性受体，即代谢型谷氨酸受体5（mGluR5）为靶向。mGluR在神经元之间的通讯过程中起到作用，但是FXS患者的mGluR5显示为异常。通过使mGluR5基因失去功能，研究人员能够抑制细胞之间夸大的信号传导并减少患者的夸张性重复行为。
Lee认为，这是其研究的一个重要生物学发现，因为在这个实验之前，人们并不知道纹状体中的mGluR5受体是否与夸张性重复行为有关。
在患有FXS的小鼠中，夸张性重复行为包括强迫性挖掘和周期性跳跃到空中。当载有Cas9复合物的CRISPR-Gold注入大脑纹状体之后，小鼠的挖掘次数减少了约30％，而跳跃次数减少了约70％。与此同时，大约50％的纹状体中的mGluR5被基因编辑过，使受体蛋白的数量减少了近一半。
尽管之前有制药公司尝试将小分子药物注射到血液系统中以阻断相同的受体，但是研究人员发现，虽然小鼠的重复行为得到了少量的控制，但是在随后的注射治疗中，患有FXS的小鼠产生了耐药性。
由Murthy开发的CRISPR-Gold系统主要专注于药物传递和新抗生素的开发。该技术通过DNA链覆盖的金纳米粒子约束Cas9复合物，包括一个基因切割酶和一个向导RNA。这个组合被封装在聚合物里，有助于进入合适的细胞。
去年，Murthy及其同事证实了CRISPR-Gold可以将Cas9转运到肌肉细胞中，并可以用正常基因取代变异基因，以提高患杜氏肌营养不良症的小鼠的力量。另一篇论文也证明了可以通过运用CRISPR-Gold成功地将Cas9导入大脑中的各种细胞。
Murthy认为，研究人员还能够通过CRISPR-Gold编辑非神经元：小胶质细胞（大脑免疫系统的一部分），以及用来支持神经元的星形胶质细胞。比起神经元，研究人员可以更有效地编辑它们，并在对许多疾病的研究和治疗过程中发挥非常重要的作用。
2016年，为测试CRISPR-Gold对不同疾病的疗效，Murthy的实验室另外创立了一家叫GenEdit的公司。GenEdit首席执行官兼加州大学伯克利分校博士，正在加州大学伯克利分校QB3车库工作的Kunwoo Lee成功编辑了脑细胞，为治疗许多疾病打开了大门。
Lee认为，CRISPR-Gold可用于治疗各种遗传性疾病，如亨廷顿病，但它不仅仅限于单基因疾病。一旦研究人员弄清楚涉及整个基因的网络，CIRISPR-Gold也可用于对抗多基因疾病。
对于这项研究重要的一步，Murthy认为，是GenEdit想出了如何通过长距离的运送CRISPR-Gold颗粒（从伯克利到圣安东尼奥）重复制造它们，并消除一个限制纳米技术转化的关键瓶颈。
Hye Young Lee，Kunwoo Lee和Murthy目前正致力于开发通过脊髓直接注入中枢神经系统的CRISPR-Gold颗粒，以避免需要打开颅骨并直接注入大脑。Hye Young Lee乐观地认为这可能与颅内注射Cas9复合物到纹状体以减少重复行为的方法一样有效，甚至可能更有效的解决ASD患者的社会交往问题。
来源：Nature Biomedical Engineering
识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品圈微信群！
请注明：姓名+研究方向！
始发于微信公众号： 生物制品圈