CRISPR-Cas9基因編輯技術自問世以來，以其高效便捷的精準基因編輯能力，迅速成為了生物學家最為喜愛的科研工具之一。而隨著基因療法和細胞療法的興起，CRISPR技術在臨床上也開始得到了廣泛應用。

但近幾年來，關于CRISPR技術安全性的問題卻引發(fā)了一場又一場的熱議。去年，《Nature Methods》上發(fā)表的一篇論文（已撤稿）指出，在小鼠實驗中，CRISPR技術會引入數百種意料外的基因突變；今年6月，《Nature Medicine》上的兩篇論文則發(fā)現，那些容易被CRISPR技術改造的細胞，自身可能成為“癌癥的種子”。

而在今日，《自然》雜志旗下另一本子刊《Nature Biotechnology》則指出，CRISPR技術對基因組造成的影響，要比想象中來得更大。而我們常規(guī)使用的檢測手段，很有可能會忽略到這些基因組的變化。這項研究來自知名的Wellcome Sanger研究所，通訊作者為生物學大牛Allan Bradley教授。他是研究腫瘤抑制基因p53的權威之一，發(fā)表的論文共被引用近80000次。

▲本研究的通訊作者，知名生物學家Allan Bradley教授（圖片來源：Wellcome Sanger研究所）

在這項研究中，Bradley教授課題組首先檢驗了CRISPR系統(tǒng)在小鼠的胚胎干細胞中，對一條特定基因的編輯能力。和之前我們對CRISPR基因編輯的認知類似，靶向基因外顯子（編碼蛋白信息）的gRNA取得了非常好的基因敲除效果，效率達59%-97%。

但他們也意外地發(fā)現，靶向基因內含子（不編碼蛋白信息）的gRNA，基因敲除的效率也不低。其中，離外顯子序列較近的一些gRNA，其基因編輯效率也能達到8%-20%。更夸張的是，有兩條gRNA靶向的內含子序列，距離最近的外顯子有2kb的距離，它們竟也有5%-7%的編輯效率，明顯高于負對照。后續(xù)的測序結果則發(fā)現，盡管這些gRNA靶向的是遙遠的內含子區(qū)域，該基因的外顯子依舊會被刪除。這一研究結果表明，CRISPR系統(tǒng)可能會引起預期之外的遠端基因失活。

▲遠離外顯子的兩條gRNA（藍色），也能帶來一定的基因編輯效果（圖片來源：《Nature Biotechnology》）

“我最初的實驗是利用CRISPR-Cas9作為工具，研究基因的活性。但很明顯，一些意料之外的事情發(fā)生了，”該研究的第一作者，正在攻讀博士學位的Michal Kosicki說道：“當我們意識到遺傳物質改變的程度后，就對它進行了系統(tǒng)研究，觀察了多種基因，以及多種和治療相關的細胞系。我們發(fā)現CRISPR-Cas9的確會帶來這種效應。”

總結來說，研究人員們發(fā)現在經過CRISPR-Cas9系統(tǒng)的編輯后，許多細胞會出現大量的DNA刪除或插入變異。這可能會導致關鍵基因被意外開啟或關閉，帶來潛在的嚴重后果。而且，這一效應不僅在小鼠的胚胎干細胞中存在。研究人員們也測試了小鼠的造血祖細胞和人類的分化細胞系，得到了類似的結果。

▲多條gRNA都能帶來潛在的DNA刪除或插入變異風險（圖片來源：《Nature Biotechnology》）

CRISPR技術已經得到了多年的應用，為何這些效應一直沒有被揭示出來？研究人員們指出，這或許是因為PCR等檢測技術的局限。“我們只對想要了解的區(qū)域做了檢測，” Bradley教授說：“沒有人去尋找下游基因里（DNA改變造成）的影響。”

“這是在臨床相關的細胞中，對CRISPR-Cas9基因編輯潛在的意外事件做的首個系統(tǒng)性評估，” Bradley教授補充道：“我們發(fā)現先前我們對DNA的改變程度有著嚴重的低估。很重要的一點是，任何想要將這一技術應用在基因療法上的人都應該保持謹慎，仔細審查任何潛在的有害效應。”

一些科學記者們指出，十多年前，在基因療法方興未艾的時代，在臨床上過于樂觀的推動，帶來了一系列不幸事件。其中，一名患者的致癌基因被異常激活，誘發(fā)了白血病。這些不幸事件也一度讓基因療法領域停滯了許多年。隨著美國FDA在去年連續(xù)批準三款基因療法，可以說目前基因療法正進入了發(fā)展的快車道，這是一件好事。我們期待在研發(fā)加速的同時，我們也要檢查好最基本的“車況”，確保我們的工具不會帶來隱患。

參考資料：

[1] Repair of double-strand breaks induced by CRISPR–Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements

[2] Genome damage from CRISPR/Cas9 gene editing higher than thought

[3] Potential DNA damage from CRISPR has been ‘seriously underestimated,’ study finds

原標題：CRISPR新危機？知名科學家稱其風險被“嚴重低估”