專訪中科院王皓毅：與基因編輯「結緣」8年，CRISPR技術帶來顛覆

生物探索編者按：記者初識此次的被訪者要從Cell Research上的一項研究說起。在這篇論文，中科院青年科學家王皓毅研究組利用CRISPR-Cas9技術在CAR-T細胞中實現了多基因編輯，向通用型CAR-T又邁進了一步。近日，記者有幸採訪了王皓毅研究員。除了詳細解答該研究的設計思路及意義，王皓毅還分享了他與基因編輯技術長達8年的「緣分」、對基因編輯人類胚胎的態度，以及對國內外科研環境差異的看法。

專訪中科院王皓毅研究員2014年5月，青年科學家王皓毅結束了他在美國長達13年的求學之旅，加入了中科院動物所。近年來，他在基因編輯、幹細胞、小鼠建模等領域取得了大量的研究進展，相關成果發表在Cell、Nature Biotechnology、Genome Research、Cell Research、Genetics等雜誌上。2013年，他被著名科學網站GenomeWeb評選為全世界二十名最值得關注的青年科學家之一。1、與基因編輯「結緣」8年，CRISPR是個重要的「新夥伴」作為動物所基因工程技術研究組組長，王皓毅目前的研究很大一部分離不開基因編輯技術。他告訴記者，2017年已經是他與這一技術「結緣」的第8個年頭。在MIT做博士後前期，他利用基因編輯技術TALEN（Transcription Activator-Like Effector Nuclease）做了大量的研究工作。之後，隨著CRISPR的問世，研究組也迅速利用起了這一新型基因編輯工具。他說：「我們之前就知道CRISPR這個系統的存在，但不太清楚它能不能發揮基因編輯作用。2012年，Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier在《科學》雜誌發表的論文證實了CRISPR系統的基因編輯功能，但其能不能在哺乳動物細胞中發揮作用還不得而知。我們也嘗試了相關的研究，但張鋒和George Church帶領的研究小組很快證實了CRISPR能夠編輯人類細胞基因組。他們的文章發表後，我們很快從張鋒的實驗室取得了質粒，開展我們所擅長的工作，如，研究多能幹細胞、用於小鼠建模等。這一重要技術的出現確實給我的科研生活帶來了很大的幫助。」2、利用CRISPR技術，在CAR-T細胞中實現多基因編輯去年12月，王皓毅研究組利用CRISPR-Cas9技術在CAR-T細胞中實現了多基因編輯，相關成果以「CRISPR-Cas9-mediated multiplex gene editing in CAR-T cells」為題發表在Cell Research雜誌上。近幾年，CAR-T技術作為癌症免疫療法中的重要成員，給部分血癌患者帶來了新的希望。然而，目前這一技術大多是從患者自身獲取T細胞，在體外進行改造和擴增後再回輸到患者體內，發揮抗癌作用。這種自體療法存在幾個問題：1）成本高，2）一些病人在經過了很大劑量的放化療後，可能並不含有足夠高質量的T細胞用於CAR-T細胞的製備；3）體外擴增需要一定的時間，不能馬上使用。那麼，如何解決這些問題呢？王皓毅表示，異體CAR-T療法是一個重要的研究方向。簡單來說，就是像生產常規的葯一樣，用健康人的T細胞提前製備出大量通用型的CAR-T細胞，進行備用。但是使用異體供者T細胞製備出的通用型CAR-T細胞治療患者必須保證其安全性，確保CAR-T細胞不攻擊患者自身細胞，同時需要降低CAR-T細胞自身的免疫原性，避免被患者免疫系統攻擊。在上述研究中，王皓毅研究組利用CRISPR-Cas9技術將αβ T-cell receptor (TCR)從異體的CAR-T細胞中敲除，避免移植物抗宿主病（graft-versus-host-disease，GVHD）的發生；同時，將人類白細胞抗原（HLA）敲除，降低自身的免疫原性。採訪中，王皓毅向記者詳細解釋了選擇敲除上述兩個基因的原因。之所以敲除TCR，是因為這些受體會將患者自身細胞識別為異體，造成GVHD。之所以選擇敲除HLA，是因為當異體CAR-T細胞輸入患者體內後，患者的免疫系統也會識別並攻擊這些「外來者」。這類識別大多數是通過MHC（人類的MHC通常稱為HLA）這個分子實現的。因此，理論上來說，如果敲除了異體CAR-T細胞的MHC類分子，可以使其在一定程度上不被患者的免疫系統識別，能夠幫助CAR-T細胞更好的存活。此外，考慮到阻斷PD-1信號通路（PD-1是與腫瘤免疫逃逸相關的T細胞表面抑制因子）在許多腫瘤類型中都取得了較好的療效，研究人員同時在CAR-T細胞中敲除了PD-1基因，來阻斷PD-1信號通路。結果表明，與普通CAR-T細胞相比，這些經過多重基因編輯的CAR-T細胞在體外及體內具有相當或更強的腫瘤細胞殺傷功能。王皓毅表示，類似的研究之前也藉助其它基因編輯技術開展過，包括用鋅指核糖核酸酶（ZFN，Zinc-finger Nuclease）敲除T細胞中的基因、用TALEN敲除TCR生成異體CAR-T細胞等。他們研究組的早期工作證實了CRISPR技術能夠在小鼠胚胎幹細胞中同時敲除5個基因。此次將CRISPR技術應到到CAR-T細胞中是「一脈相承」的工作。談及CAR-T療法的前景，王皓毅認為，不僅僅是CAR-T療法，整個細胞治療領域一直都面臨著很多挑戰。但是CAR-T療法目前的一個問題是，它是個體化的。由於每個患者的細胞是千差萬別的，因此製備的細胞質量差異較大，製備成本也較高。目前來說，走通用型CAR-T這條路或許能夠解決一部分問題。3、借基因編輯技術，回答基礎科學問題除了利用基因編輯進行一些應用型的研究，王皓毅還對很多基礎的科學問題很感興趣，如決定性別的基因。他說：「大家很早就知道，Y染色體上的Sry基因會導致一系列雄性特徵的發育，但當把這個基因敲除後，即使擁有Y染色體，還是會發育成雌性。先前的研究中，我們把Sry敲除後，生成了一個可育的、具有Y染色體的雌性小鼠。雖然該基因的性別決定功能已經很清楚了，但是它在成體中的功能仍有很多值得探索的問題。這些問題是我們感興趣的，也是利用基因編輯技術和建模技術能夠去回答的。」「我們感興趣的另一研究方向是人類胚胎幹細胞（human embryonic stem cells，hESCs）。hESCs還有很多問題沒有弄清楚，包括na?ve和primed兩個不同多能性狀態的區別，以及它們相關的一些表觀遺傳現象。」4、支持基因編輯人類胚胎研究，但應用須「另當別論」上個月，美國對基因編輯人類胚胎「亮黃燈」的消息引發了廣泛的關注和討論。美國國家科學院和美國醫學科學院的22名科學家、醫生、倫理學家、政策學者認為，應該允許科學家們在嚴格的監管下，利用成熟的基因編輯技術，對人類的精子、卵子或早期胚胎進行編輯，消除鐮狀細胞貧血、囊性纖維化等重大遺傳疾病。對此，王皓毅認為，科學研究永遠是需要的，但研究是一回事，應用又是另一回事。只要相關的研究不以生殖為目的、有非常清晰的界定（如胚胎髮育到多少天就必須停止），科學研究是一定要鼓勵的。但如果談到應用層面，涉及到的問題就更加複雜，如倫理問題、文化背景問題等等。這些問題不是光靠科學家們就能解決的。5、基因編輯並不是傳統概念的「轉基因」，它屬於GMO對於基因編輯人類胚胎產生的嬰兒，一些報道將其稱為「定製嬰兒」，而也有人將其與備受爭議的「轉基因」聯繫起來，稱其為「轉基因嬰兒」。那麼，基因編輯與轉基因之間究竟是什麼關係呢？王皓毅向記者解釋道：「轉基因生物對應的英文定義是Genetically Modified Organisms（GMO）。如果根據英文定義理解，只要生物的基因改變了，就屬於GMO的範疇。但事實上，大家常說的「轉基因」與GMO並不完全是一個概念。轉基因的字面意思是，將基因轉到一個物種中。這就包括了：1）將一個物種的基因轉到另一個不同的物種中，2）在同一物種間進行轉基因，如將黑色狗的基因轉到白色狗中。」「如果強調基因的轉入，那基因編輯與轉基因有很大的不同。基因編輯技術更多的是在原位基因上進行修改，如敲除基因、精確修改單個鹼基等；當然也存在利用基因編輯技術將大的基因片段精確插入到基因組中的情況。所以，不能簡單地將基因編輯與轉基因進行等同，但這些修飾都包含在GMO這個概念里。」關於「轉基因」，王皓毅還談到，關於任何事件的結論都應該基於科學的數據。在反對或者擁戴一個觀點前，參與者應該先了解和學習被討論的東西究竟是什麼，然後再作出獨立的判斷。6、環境決定個體研究層次，做科研不應只為生存從邁阿密大學，到華盛頓大學，再到MIT Whitehead研究所，王皓毅在美國的科研環境中待了13年之久。談及在國外和國內做科研的差異，他表示，環境在很大程度上決定了個體的研究層次。美國的科研環境不單純是指一個具體的學校，而是一個整體的環境，比如在波士頓，很多頂級院校距離很近，想解決一個技術問題，跨兩條街可能就能找到世界上最頂級的專家。這為研究者之間互相交流和學習提供了便利。不經意的探討可能會帶來很多靈感，或者達成合作。「目前，國內在這一方面還存在一定的差距，但是隨著國內科研條件的提升，以及一批批年輕的科學家加入到這一環境中，我相信很快就會形成更為豐厚的土壤， 沉澱出更好的科研氛圍。當然，產生這樣的化學反應是需要時間的，也不是靠一兩個科學家就能做到的。」採訪的最後，當被問及如何才能取得創新性、突破性的研究成果，王皓毅表示，這是科研人員都會面臨的挑戰。作為一個新建研究組的研究員，需要考慮如何才能找到突破口，建立自己的優勢。這其中涉及了「求生存」與「保持科研初心」之間的平衡問題。他說：「不管從事什麼職業都需要解決生存問題，但如果只是為了生存，做科研就沒有什麼意義了。對我而言，做科研最主要還是在一定程度上有精神上的自由，探索感興趣的未知領域，做到一些從未做過的事。」

來源：生物探索

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