张锋教授分享，基因编辑的未来走向何方？

作者：张馨予

著名学者张锋教授是基因编辑领域的先驱之一。与同事和合作伙伴一起，他的研究团队已经开发出多种基于CRISPR系统的基因编辑工具。不过现有的CRISPR工具箱可能只是冰山的一角。近日，他的研究团队在《科学》杂志上连续发文，发现了具有基因编辑能力的一类新核酸酶，以及全新的mRNA递送技术。

近日在接受Nature Reviews Drug Discovery的访问时，张锋教授表示，这些发现提醒了我们大自然中还可能存在大量未被发现和研究的可编程系统。挖掘这一“宝库”有望开发出更多的研究工具、药物递送方式和治疗模式。

为改变基因组增添更多工具

张锋教授表示，CRISPR/Cas9基因编辑系统最重要的特征之一是它具有可编程性（reprogrammable）。只要给它一个指导RNA，就能够与特定的DNA序列结合来行使后续功能，例如启动或者关闭基因，对DNA编辑进行编辑等等。

然而，Cas9酶的进化源于细菌的防御系统。它在识别和切断DNA方面的能力得到优化，但Cas9酶本身尺寸很大。如果只想利用Cas9的可编程性，可能不需要Cas9其它的多余部分。

基于这一策略，张锋教授的团队在大自然中寻找与Cas9核酸酶功能类似的蛋白。他们在细菌中发现了一类称为IscB的蛋白，这些蛋白具备核酸酶的活性，而且也能够依靠RNA指导对特定双链DNA进行切割。

张锋教授表示，这些蛋白由大约400个氨基酸构成，与Cas9（800-1200个氨基酸）相比个头小很多。个头小显然让它更容易递送到体内。同样重要的是，这些蛋白为科学家们提供了一个非常好的起点，它保留了可编程特征，而且没有其它多余的结构，让科学家们可以通过蛋白工程改造，在这类蛋白上添加更多的新功能。

“已有的工具还不能让我们进行大型基因组改造，比如精准切除或插入大段DNA，重写一整段染色体，或者改变染色体的构象。而基于对IscB蛋白改造，我们可能创建这些新的能力。”他说。

▲张锋教授在访谈中分享了他对基因编辑未来的洞见（图片来源：张锋教授实验室主页）

张锋教授认为，基因疗法本质上需要改变DNA或者RNA的工具，和将这些工具安全有效地递送到正确细胞中的递送系统，两者缺一不可。目前的全身性递送系统通常会将“货物”先递送到肝脏，如果最终目标是靶向其它组织，目前的疗法可能先会在肝脏中被吸收，导致出现肝脏毒性。因此需要开发靶向其它组织或者能够局部递送的基因疗法递送系统。

开发创新递送技术

他的课题组在递送技术方面的一个重点研发方向是寻找人体生成的蛋白。这些蛋白能够包装核酸并且将它们送到其它细胞。我们的祖先在进化的过程中，获得了和病毒类似的基因元件，它们可以生成和病毒类似的蛋白结构，行使递送核酸的功能。

基于这一策略，他的课题组近日在《科学》杂志上发表的研究找到了一种称为PEG10的蛋白。它能够包装mRNA并且将它们递送到其它细胞中。“我对这个研究方向非常兴奋。”张锋教授说。使用人类蛋白递送系统理论上可以显著降低人体的免疫反应，提供一种更安全，并且可以重复给药的递送方案。与目前常用的AAV载体相比，它还可能递送更大型的基因。