家族性高膽固醇血癥（FH）是一種最常見的遺傳性高脂血症，臨床表現為血液中膽固醇水平明顯升高，可導致早期心血管疾病（比如心梗、中風）等，嚴重時危及生命。FH最常見(>90%)的基因缺陷是由編碼低密度脂蛋白受體LDLR基因突變引起的，LDLR蛋白功能喪失，導致循環系統中低密度脂蛋白LDL堆積。雜合子的LDLR活性在2～25%，通常使用他汀類藥物進行治療，而純合子LDLR蛋白活性小於2%，對於藥物治療常沒有反應，在嬰幼兒時期就可出現嚴重動脈粥樣硬化表型及各種併發症。針對純合子FH，現有治療手段包括LDL血漿置換及肝移植等，費用昂貴且存在一定風險，因此繼續尋找和探索新的治療方法具有重要意義。
規律成簇間隔短迴文重複（CRISPR)和其相關核酸內切酶（Cas）是近些年來發現和興起的一種基因編輯技術，以其高效性和簡便性廣泛應用於不同物種細胞基因編輯、動物模型構建和致病基因治療等方面，極大地促進了生物學和醫學研究發展。利用基因治療人類遺傳疾病是近年裡醫學生物領域的熱點與焦點課題。
2019年11月29日，中國科學院生物化學與細胞生物學研究所周斌團隊與交通大學國際婦幼保健院黃荷鳳團隊在Circulation期刊上在線發表了題為“In Vivo AAV-CRISPR/Cas9-mediated Gene Editing Ameliorates Atherosclerosis in Familial Hypercholesterolemia” 的研究論文，發現利用CRISPR/Cas9系統可以在一種新構建的家族性高膽固醇血癥模型小鼠體內部分修復Ldlr基因突變和LDLR蛋白表達，改善動脈粥樣硬化等表型。
在本項工作中，研究人員根據已發現的FH患者具有的LDLR基因E207X無義突變，該突變可以提前產生終止密碼子，導致LDLR蛋白無法正常表達，通過序列比對後設計，將CRISPR/Cas9系統導入小鼠受精卵進行打靶，通過後續傳代交配，成功構建了LdlrE208X小鼠（純合子）。接著研究人員通過基因測序、反轉錄PCR、Western blot和免疫熒光染色等手段，分析和驗證了該小鼠。通過一段時間的高脂飲食誘導，相對比野生型，LdlrE208X小鼠產生了明顯高膽固醇血癥病症，包括在主動脈產生了明顯的動脈粥樣硬化斑塊，斑塊內有平滑肌細胞的丟失和轉型，以及大量巨噬細胞的浸潤和纖維原沉積，肝臟產生大量脂滴堆積，血漿中的總膽固醇，甘油三酯，低密度脂蛋白-膽固醇等明顯升高。
接著研究人員利用腺相關病毒（AAV）將CRISPR/Cas9系統地送到LdlrE208X新生小鼠體內，策略是一個AAV表達Cas9, 一個AAV表達gRNA和供體DNA，利用gRNA引導Cas9蛋白到達DNA上的特定位點產生雙鏈斷裂，然後利用外源模版鏈介導的同源重組修復（HDR）機制修復該突變基因。因為新生小鼠肝細胞具有極強的增殖能力，因此可以有效利用這一修復機制進行基因編輯和糾正。待小鼠成體後，研究人員檢測發現相比對照組，治療組小鼠中大約有6.7%的等位基因得到修復，LDLR蛋白得到部分（～18%）表達。
令人驚喜的是，研究人員發現即使LDLR蛋白部分恢復表達，經高脂飲食誘導後，相比於對照組，治療組LdlrE208X小鼠的動脈粥樣硬化症狀顯著減輕，巨噬細胞浸潤、脂質堆積等病症也顯著緩解，循環系統中的各項指標也有明顯改善。同時研究人員還檢測了CRISPR/Cas9系統脫靶效應和一些免疫指標，在成體小鼠體內並沒有發現明顯的脫靶及免疫排斥反應，證明此次基因編輯治療的有效性和安全性。
該研究揭示了使用CRISPR/Cas9系統靶向和糾正家族性高膽固醇血癥致病基因能夠顯著改善動脈粥樣硬化等相關表型，證明CRISPR/Cas9技術可以作為一個應用於人類遺傳疾病治療的潛在工具，促進基因編輯技術向個體化醫療更進一步。儘管在小鼠體內此項基因編輯工作顯示了積極結果，但研究人員也表示在進行臨床試驗前還必須進行更多的研究測試，比如大型動物試驗等。
據悉，中國科學院周斌研究員和上海交通大學黃荷鳳院士為本論文的共同通訊作者，在他們共同指導下，該工作由研究生趙歡等完成，並得到上海交通大學徐晨明主任、吳彥婷教授、中科院丁秋蓉教授、武漢大學宋保亮教授等的大力支持。
原文鏈接：
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31779484
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