新的基因编辑技术恢复了部分失明动物的视力

索尔克研究所的研究人员发现了一个基因编辑的圣杯——第一次将DNA插入目标位置的非分裂细胞的能力，这些细胞构成了成人的大部分器官和组织。研究小组表示，这项技术能够部分恢复失明啮齿类动物的视觉反应，将为基础研究和视网膜、心脏和神经系统疾病等多种治疗开辟新途径。

索尔克基因表达实验室教授胡安·卡洛斯·伊兹皮苏亚·贝尔蒙特说:“我们对我们发现的这项技术感到非常兴奋，因为这是以前做不到的。”贝尔蒙特是这篇发表在2016年11月16日《自然》杂志上的论文的资深作者。“这是第一次，我们可以进入细胞，不分裂和修改DNA的意志。这一发现的潜在应用是巨大的。

到目前为止，利用细胞的正常复制机制，修改dna(如CRISPR-Cas9系统)的技术在分裂细胞(如皮肤细胞或肠道细胞)方面最为有效。新的索尔克技术在将新的DNA整合到细胞分裂培养基中的效率是其他方法的10倍，这使得它成为一种很有前途的研究和医学工具。但更重要的是，索尔克技术代表着科学家首次成功地将一种新基因插入不再分裂的成年细胞(如眼睛、大脑、胰腺或心脏细胞)的精确DNA位置，为这些细胞的治疗应用提供了新的可能性。

为了达到这个目的，索尔克的研究人员瞄准了一种叫做NHEJ(非同源末端连接)的DNA修复细胞通路，这种通路通过重新连接原链末端来修复常规的DNA断裂。他们将这一过程与现有的基因编辑技术进行配对，成功地将新的DNA植入非分裂细胞的精确位置。

“使用这种NHEJ途径插入全新的DNA，对于编辑活体成年生物体的基因组来说是革命性的，”伊兹皮苏亚贝尔蒙特实验室(Izpisua Belmonte lab)高级研究员、论文主要作者之一铃木敬一郎(Keiichiro Suzuki)说。“以前没有人这么做过。”

首先，索尔克团队致力于优化NHEJ机制，使之与CRISPR-Cas9系统一起使用。CRISPR-Cas9系统允许DNA在基因组中非常精确的位置插入。该团队创建了一个由核酸鸡尾酒组成的定制插入包，他们称之为HITI，或同源独立的靶向整合。然后他们用一种惰性病毒将HITI的基因指令包传递给从人类胚胎干细胞中提取的神经元。

“这是第一个表明HITI可能在非分裂细胞中起作用的迹象，”该研究团队的科学家、联合首席作者吴俊(Jun Wu)表示。在他们的努力下，研究小组成功地将这种结构植入成年老鼠的大脑。最后，为了探索使用HITI基因替代疗法的可能性，研究小组在色素性视网膜炎的大鼠模型上测试了这项技术。色素性视网膜炎是一种遗传性视网膜变性，会导致人类失明。这一次，研究小组用HITI向3周大的老鼠的眼睛传递了一份Mertk的功能拷贝，Mertk是色素性视网膜炎中受损的基因之一。在大鼠8周大时进行的分析显示，这些动物对光有反应，并通过了几项表明视网膜细胞愈合的测试。

“我们能够改善这些失明老鼠的视力，”索尔克研究所的助理研究员、该研究的共同主要作者雷纳·赫尔南德斯-贝尼特斯说。“早期的成功表明这项技术非常有前途。”

团队的下一步将是提高HITI构造的交付效率。与所有的基因组编辑技术一样，获得足够的细胞来整合新的DNA是一个挑战。HITI技术的美妙之处在于它适用于任何目标基因组工程系统，而不仅仅是CRISPR-Cas9。因此，随着这些系统的安全性和效率的提高，HITI的实用性也会提高。