新发现！基因组编辑技术可对DNA进行微调

Crispr基因编辑——一种分子剪刀可以让科学家对生物体的DNA进行有针对性的改变。Crispr基因编辑毫无疑问是治疗镰状细胞病的一个希望。镰状细胞病是一种与之相关的血液疾病，被称为地中海贫血，是一种罕见的失明，以及一种毁灭性的疾病，被称为转甲状腺素淀粉样变性，在这种疾病中，一种畸形的蛋白质会在体内堆积。有时候，科学家可以使用Crispr剪掉有问题的DNA以达到治疗疾病的目的，但在某些情况下，保留一个基因并对其进行微调，即系进入表观遗传编辑，可能会达到更好的目的。

表观遗传学是研究DNA在一生中发生的化学变化，这些变化反过来又影响基因的表达。这些变化可能是由于一个人的行为(如饮食或吸烟)或环境暴露(如毒素或紫外线)造成的。表观遗传学是一种分子记忆，反映了我们多年来遇到的经验。这就是为什么，在拥有相同DNA密码的同卵双胞胎中，一个可能会患上癌症，而另一个则保持健康。

虽然基因编辑依赖于改变DNA密码本身，而表观遗传编辑则涉及到上调或下调单个基因的表达。基因包含制造重要蛋白质的指令，而它们的表达是基因被“开启”来制造它们的过程。如果将基因比喻成音板上的音量旋钮，表观遗传编辑控制着它们的设置是“响亮的”还是“柔和的”。

对于这样的“音量控制”进行实验是一个新领域，而刚好在今年5月发表在《科学进展》杂志上的一项研究提供了一个有趣的线索，揭示了一个可能的应用：对抗早期饮酒改变基因工作方式的方式。在之前的研究中，科学家们发现，青春期的酗酒会改变杏仁核的大脑化学成分–杏仁核是大脑中控制恐惧和快乐反应的小杏仁形状的部分。在啮齿动物和人类身上，他们都发现，在生命早期接触酒精似乎会减少一种名为Arc的基因的表达。这个基因是大脑可塑性的主要调节器，也就是大脑基于经验的适应能力。当Arc的表达被抑制时，这种变化与成年后易患焦虑和酒精使用障碍有关。

在这项新研究中，由伊利诺伊大学芝加哥分校酒精表观遗传学研究中心主任、精神病学教授Subhash Pandey带领的团队想看看他们是否可以通过在老鼠杏仁核中对Arc进行表观遗传编辑来逆转这种改变。他们构建了一种经过修改的Crispr形式，这种Crispr不是编辑或删除基因，而是增加基因的表达。然后，他们将其注射到成年大鼠的大脑中，这些成年大鼠在青少年时期曾接触过酒精——相当于10至18岁的人类。这种早期的接触意味着Arc的表达在成年动物中已经受到抑制。Subhash Pandey表示他们瞄准了杏仁核的中央核，因为这是处理进入大脑的信息的关键中枢，也是焦虑、恐惧和饮酒行为的中心。

注射Crispr使Arc的表达恢复到基线水平，Subhash Pandey称之为大脑的“工厂重置”。之后，这些啮齿动物摄入的酒精减少了，焦虑也减少了——研究人员通过行为测试来测量这一点，包括老鼠在所谓的“高架迷宫”中的表现。十字形迷宫由两条暴露在外的臂和两条封闭的臂组成。啮齿类动物的压力越大，它们就越不愿意在迷宫的露天部分呆上一段时间。

Subhash Pandey说：“我们没有看到任何迹象表明他们的饮酒水平会回到基线，所以我们认为，也许这种表观基因编辑会产生持久的影响，我认为，就如何将这种疗法转化为人类治疗而言，还有很多工作要做，但我抱有很高的希望。”

为了测试Arc基因是否真的导致了这一结果，研究人员还设计了一种旨在减少其表达的Crispr注射。他们在青春期没有接触酒精的老鼠身上进行了测试。注射后，老鼠比之前更焦虑，喝了更多的酒。

这项研究提出了一种可能性，即我们的分子记忆可能会被修改，甚至被删除。加州大学伯克利分校的遗传学教授、加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校创新基因组学研究所的科学主任费奥多尔·乌尔诺夫说：“这项研究展示了改变基因对其经历的记忆的可行性，这深深给我留下了深刻的印象。”但是他也强调，老鼠不是人类，我们不应该草率下结论。乌尔诺夫说表示治愈一只老鼠和用表观遗传编辑器给一个酗酒成瘾的人注射之间的距离还很遥远。我们是否具备向那些轻度饮酒问题的人的杏仁核进行快速注射还有很长的路要走。

乌尔诺夫作为表观遗传编辑公司Tune Therapeutics的联合创始人之一，他认为，这样的实验疗法可以在多次治疗后复发、没有其他治疗选择的酒精成瘾患者中进行测试。

然而，与直接编辑基因一样，调整基因表达可能会产生意想不到的后果。因为Arc是一种与大脑可塑性有关的调节基因，修改它的表达可能会产生酒精成瘾以外的影响。俄勒冈健康与科学大学遗传学教授贝琪·弗格森(Betsy Ferguson)研究成瘾和其他精神疾病的表观遗传机制，她说:“我们不知道这种变化会改变其他什么行为。”“这是一种平衡，既要找到有效的方法，又要找到不会破坏日常生活的方法。”

另一个复杂的因素是，随着时间的推移，酒精的使用会改变数十个、甚至数百个基因的表达。在人类中，这可能不像提高Arc的表达那么简单，这只是其中之一。虽然解决方案似乎是调整所有这些基因，但同时操纵许多基因的表达可能会导致问题。“我们知道行为，包括饮酒行为，是由许多基因控制的，这真的是一个具有挑战性的问题来解决，”Betsy Ferguson说。

目前还不清楚这种编辑的影响会持续多久。Betsy Ferguson表示自然发生的表观遗传变化可能是暂时的，也可能是永久性的，有些甚至可以传给后代。总的来说，她认为使用表观遗传编辑治疗酒精成瘾的想法很有趣，但她希望看到结果被复制，并在更接近人类的大型动物身上试验Crispr治疗。

相信这一天可能不会太远，因为最近有几家公司推出了表观遗传编辑商业化。在总部设在圣地亚哥的Navega治疗公司，研究人员正在研究如何通过抑制一种名为SCN9A的基因的表达来治疗慢性疼痛。当它高度表达时，它会发出许多疼痛信号。但简单地删除这个基因并不是一个好主意，因为一定程度的疼痛是有用的；当身体出现问题时，它会发出信号。(在极少数情况下，携带SCN9A突变的人对疼痛具有免疫力，这使他们容易受到无法感觉到的伤害。)。在Navega的实验中，小鼠的表观遗传编辑似乎抑制了几个月的疼痛。