新基因編輯膽固醇,或可根治遺傳病?

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鹼基編輯與傳統 CRISPR–Cas9 基因組編輯不同,鹼基編輯只會切斷一條 DNA 鏈,並更改單個字母。 圖片來源:Boston Children’s Hospital/YouTube

紐西蘭一名志願人士,成為首位接受 DNA 編輯以降低血液膽固醇的心臟病患者。該實驗為美國生物技術公司 Verve Therapeutics 的臨床試驗,利用基因編輯工具 CRISPR,通過修改患者肝細胞中的單個 DNA 字母,來降低患者低密度脂蛋白膽固醇(俗稱「壞膽固醇」)水平。公司相信,該治療技術最終可幫助數百萬人預防心血管疾病。

科學家開發出 CRISPR 基因編輯技術已有 10 年,這種技術可針對性改變細胞中的 DNA ,但直到現在,此方法只在患有鐮狀細胞性貧血等罕見疾病的人身上進行測試,仍屬於探索性試驗。如果 Verve 的實驗奏效,或預示著基因編輯將更廣泛用於預防常見疾病。

為何我們需要更新、更有效的療法?

全球有大量人口壞膽固醇含量過高,許多人無法控制該水平,導致動脈粥樣硬化性心血管疾病。據「MIT 科技評論」專文引述,Scripps Research 研究中心的心臟病專家兼研究員 Eric Topol 表示:「所有正在臨床上進行的基因組編輯中,這次可能會產生最深遠的影響,因為可以受益的人數眾多。」

一些醫學專家認為,長期保持低壞膽固醇水平,可以從根本預防心血管疾病。儘管嚴格控制飲食會有所幫助,例如避免雞蛋、肉類,多進食含不飽和脂肪的橄欖油,但很少人能長期堅持。使用他汀類藥物可以將人的低密度脂蛋白降低一半,但有些人無法承受副作用,而有些人即使每日服藥也很難控制壞膽固醇水平。

較新的生物技術藥物需每月或每年定期注射,這些藥物功效顯著,Verve 顧問、波士頓布萊根婦女醫院的醫生 Eugene Braunwald 估算,如果從 30 歲開始使用,可以活到 100 歲而不會患上冠狀動脈疾病。但它們昂貴且不方便,尚未廣泛採用。基因編輯仍具醫學潛力,其預防效果甚至有可能一勞永逸。在對猴子進行的實驗中,Verve 發現該療法可將壞膽固醇降低 60%,效果已在動物身上持續一年有多,而且很可能會永久維持。

Verve 在紐西蘭進行名為 heart-1 的臨床試驗,計劃為 40 名患有遺傳性高膽固醇(稱為家族性高膽固醇血症或 HeFH)的人提供基因治療。患有 HeFH 的人,膽固醇讀數可以高出平均水平一倍,包括兒童時期。許多人只有在心臟病發作時才知道他們有相關問題,而且通常是在年輕時就發生。Verve 通過靜脈注射,把名為 VERVE-101 的藥物輸送到肝臟。VERVE-101 會利用脂質納米顆粒包裹信使 RNA(mRNA)和引導 RNA(gRNA),在肝臟進行鹼基編輯。

將基因編輯風險降低

鹼基編輯是 CRISPR 技術的新式改編。在傳統 CRISPR-Cas9 基因組編輯中,Cas9 蛋白會在要編輯的位置破壞兩條 DNA 鏈,細胞的 DNA 修復過程會將這些鏈縫合,但有時會出錯,這意味著每次編輯都可能發生一系列 DNA 序列變化。與切割基因的傳統 CRISPR 不同,鹼基編輯是用單個 DNA 字母替換另一個字母。

相比之下,鹼基編輯通過偶聯 Cas9 蛋白酶和另一種酶,只切割一條 DNA 鏈,而非切割兩條 DNA 鏈。Cas9 蛋白酶將鹼基編輯酶引導至基因組中的正確位置,同時酶以化學方式轉化個別基因字母,在理想情況下只會產生單個編輯。Verve 正在編輯的基因稱為 PCSK9,與維持高壞膽固醇水平尤關。治療原理是通過引入一個字母,產生拼寫錯誤,藉此關閉基因,從而減少正常 PCSK9 數量。目前已證明,停止 PCSK9 運作,能降低膽固醇水平並減少心臟病風險,而且市場上已有幾種療法能減低 PCSK9 的活性。

然而,人體基因編輯實驗可能會帶來風險。有報告指,服藥降低 PCSK9 的人或會出現肌肉疼痛等副作用,一般藥物如果出現問題,尚可以停止使用該藥物,但這些基因編輯治療,目前還沒有可撤銷的後補療程。

目前,市場上為數不多的基因療法動輒叫價數十萬美元,甚至高達 200 萬美元。但 Verve 價格或相對便宜,其中一個原因是,其他基因療法使用專門的病毒來攜帶基因,但納米顆粒則是以化學方式製造,更具潛力作大規模使用。