以脆性X综合征研究为例看自闭症的基因编辑治疗

椰菜君前前后后介绍了二三十个和自闭症密切相关的基因，比如导致脆性X综合征的FMR1，导致瑞特综合征的MECP2，导致结节性硬化综合征的TSC1/2，还有SHANK3、SCN2A、ANK2等尚未取得独立名分的基因。从这方面看，自闭症研究形式一片大好，不是小好，在向自闭症的生理根源逐渐靠近，慢慢远离诊断靠猜，治疗靠蒙的窘迫境地。

令椰菜君深感不安的是，时不时有家长走了眼，认砖家作专家，请椰菜君鸭子上架，看一下他们孩子的基因分析结果，询问可有什么救治办法。。。

呜呼，除了说一句基因编辑技术正在迅猛发展，在不远的将来必定能从基因层面解决自闭症治疗外，椰菜君还能说什么呢？

其实科学家们已经很努力了。。。但科研这事，既需要砸钱，又需要机遇，还需要时间。。。

近日蒙几位脆性X综合征患儿家长错爱，要椰菜君谈谈该病的治疗研究，因而借此机会聊聊基因编辑技术及其在脆性X综合征治疗上的进展，关注这个话题的其它家长读者也可借此了解一些情况。

先简单介绍一下基因编辑技术。

基因编辑，和文章编辑也没什么不同，看基因——文章哪个地方有问题不顺眼，拿起“剪子”咔嚓一声剪掉，再贴上自己合心的一段基因——文字，也就是了。

这个编辑过程，有三步要做。首先，得找到要编辑的位置；其次，剪掉不需要的部分；最后，填进去正确的内容。

对于基因编辑，这三步的困难就大了，而其中第一步简直不可逾越。

人的基因都记载在DNA碱基对上，编辑基因就是修改DNA碱基对。但人的DNA真是长长长长长长长长长长长长长长长长长长。。。

每个细胞里面都有一套DNA，从头到尾算下来有30亿个碱基对；而人体有30,000,000,000,000个细胞，所以。。。

从这么长的DNA上找到要编辑的位置，可以设想你要从四库全书，或者是永乐大典里面找到一个错别字。

椰菜君读书的时候，想要用基因编辑方法修改一支老鼠的某一个基因，即使在日落西山气息奄奄的美帝，起码也要消耗整整一个博士研究生四五六七年的时间，做成洋洋洒洒一大篇博士论文。更多的时候，是辛辛苦苦做实验养细胞给耗子把屎把尿几年，拿到的耗子根本不是想要的！学生固然崩溃嚎哭，教授更是长吁短叹，担心明年的饭碗在哪里，妥妥的大型人间惨剧。

究其原因，主要是工具不顺手，找不准要编辑的位置。当年的工具，虽然从原始的核酸酶进化到锌指酶进化到TALEN酶，万变不离其宗，都是靠酶来识别要编辑的位点。但是这酶的能力有限啊，使用者需要自行根据要编辑的位点来修改这个酶。。。

设想你要编辑一个WORD文档，你花大价钱买了一个编辑器软件，你打开一看说明，才知道这其实是一个C语言开发包。。。

当然我们知道，拿着C语言，没有什么是完成不了的。但那是大神的事情，小猫小狗，只有被虐的份。

估计是看多了博士生的悲剧，十年前天空一声雷响，CRISPR闪亮登场，颠覆了基因编辑领域。

怎么说呢，CRISPR虽然还没有到微软OFFICE的地步，至少也到了NOTE的地步！您呐，就是对编程一窍不通，只要眼睛不瞎手指还能动，用个记事本写点什么有问题吗？

原因很简单啊。CRISPR的核心是Cas9酶和引导RNA。只要根据想编辑的DNA来设计合成出一小段引导RNA——又快又容易又便宜还不会出错，把它交Cas9酶，两位就齐心协力工作去了！Cas9酶会扭开DNA，一边顺着DNA链往前爬，一边用这个引导RNA来对比DNA；一旦找到配合的位置，咣！这个Cas9酶就会手起刀落，把DNA从这里一刀挥为两截。。。

您想想看，记事本虽然这么原始落后，但它有查找替换功能啊！您只要把想查找的词放进去，它就自动给您找出来，给您替换好！比您戴眼镜一页一页翻书，左手剪刀右手浆糊，不强一百万倍吗？

有了这么牛逼的CRISPR技术，基因编辑治疗疾病不应该是指日可待吗？

问题是，工具是有了，也比较好使了，但离实际应用，还有很长的路要走。

比如，怎么把这工具给送到人体细胞里面去呢？Cas9是一个酶，酶不能自行穿过细胞膜进入细胞核；引导RNA呢，极其脆弱——做过RNA研究的人都知道，RNA简直太脆弱了！一个唾沫星子飘到试管里面，RNA就团灭了！因此，如何把Cas9酶和引导RNA给安全送到细胞里面，送到每一个脑细胞里面，送到身体的每一个细胞里面，是最大的拦路虎。

比如，即使成功地把工具送到细胞里面，后来发生的事情也难以预料。因为这个Cas9酶，得顺着DNA链一边爬，一边对比。那么能不能爬上去，爬上去的位置离目的地多远，能不能爬到等等，差不多都要看天吃饭。

比如。。。万一编辑错了位置呢？把🐔🐔给编辑软了？

这些问题，都得妥善解决，方才能走到用来治病那一天。对于自闭症包括脆性X在内，又是困难中的困难，因为大脑是身体防护最严密、最娇嫩的器官，稍有不慎，基因没有编辑成功，脑子倒给搞坏了。

对于脆性X综合征，基因编辑的目标非常清晰，就是把FMR1基因前端的那一长段CGG片段给切掉一大块，比如从致病的两百多重复片段（全突变）给切到正常的几十个片段，让FMR1基因能够正常表达，也就是了。

第一项尝试研究发表于2015年，研究对象是含有全突变FMR1基因的人诱导干细胞。之所以采用干细胞，显然是做事从最简单地开始，要是单个细胞的基因都编辑不成功，那也甭想去试脑子了。

用细胞做实验，就简单多了。要做的事情就是把细胞放在一个小试管里面，再添上一些特殊的质粒——就是一种环状DNA，含有Cas9酶和引导RNA的基因序列，然后⚡⚡⚡！

可不是电击痉挛疗法，但也是如假包换的电击了！在电击之下，细胞的细胞膜会瞬时被击穿出一些小孔，质粒趁机拱进去。。。这个质粒比较特殊，能够欺骗细胞，把它当成自己的一部分，并用它开始制造Cas9酶和引导RNA了！这就叫曲线救国！

有了Cas9酶和引导RNA，后面的事就交给它们处理了！但是如所预料，两位的办事效率并不高，只有约2~3%的细胞完成了基因编辑，但可庆幸的是，凡是完成了编辑的细胞，全突变的FMR1基因都给改正好了！都开始正常工作了！更重要的是，在把这些改好的干细胞给诱导成神经细胞后，它们继续正常工作！

因此，用牛逼的CRISPR技术来编辑突变的FMR1基因是可行的了！

也有人采用了另外的办法。既然Cas9酶会剪断DNA，那终究是有些危险的，万一它失去控制，乱砍乱剪，如何是好？不若把它给阉割了，叫它只能去寻找编辑位置，但不能剪切DNA，就保证不会乱来。但出错的FMR1基因怎么办呢？不要紧，虽然出错的原因是这个基因前面的CGG片段太长，但太长不是罪，太长了还被完全甲基化才是罪！所以聪明人在阉割了的Cas9酶后面嫁接了一个脱甲基化酶。。。

喵！这次不用电击了，而是用能自己拱进细胞的病毒了！病毒拱进细胞后，如法制造Cas9酶和引导RNA。等Cas9酶找到编辑位点，拖上的脱甲基化酶就把CGG给去甲基化，这FMR1基因就正常工作了！犹如编辑文章的时候不是剪掉，而是把要删除的部分打个删除线！ 这样处理后的细胞，FMR1基因的活动能力增加了480倍，并在移植到小鼠大脑中后，还正常工作至少三个月！

但是呢，这里拿去治病还差着老远，因为你可不敢电击大脑——事实也没法把大脑分成一个一个的细胞，也不敢把病毒给注射到大脑里面，还不谈两种方法效率都偏低了。

一个聪明的办法是，事先造好Cas9酶和引导RNA，然后把它们给伪装起来，简单说是用一种特殊的纳米颗粒给包裹起来，混过细胞膜，再释放出来工作。这样的策略在2018年的时候，成功地在小鼠上得到了验证。不过呢，这次不是直接编辑FMR1基因，而是编辑一个受FMR1基因控制的基因，叫做mGluR5。

这样做的原因，是因为若FMR1基因不工作，mGluR5基因就会失去控制，导致各种后果。那么直接把一部分mGluR5基因给搞死，岂不是围魏救赵？当然椰菜君觉得，这些研究者应该是从简单出发，只用基本的编辑工具——单单剪断mGluR5基因而不需要考虑修补，适合用纳米颗粒来伪装罢了。

总之，这个围魏救赵的策略显示了效果，小鼠的一些异常行为比如刻板等，确实得到了改善。不过更重要的是，这个研究找到一个简单可行办法，只要把工具给注射到大脑里面，虽然是小鼠的大脑，就可以实现给部分脑细胞做基因编辑的目的，距实用又进了一大步。

虽然如此，何时能在脆性X综合征患者身上进行基因编辑治疗还是未为可知。以这个纳米颗粒输送为例，和人比起来，小鼠的大脑真是小太多了，只需要注射不多的纳米颗粒，就可以扩散开来，但人的大脑呢？要注射多少才行呢？这些纳米颗粒会不会有什么潜在的危害？毕竟这是大脑啊，开不得玩笑。

对于其它导致自闭症的基因，实施编辑肯定会遇到同样的困难，甚至更多的困难。不过，显而易见的事实是，在用基因编辑技术治疗脆性X综合征，治疗自闭症的道路上，研究者正在快马加鞭前进！一万年太久，只争朝夕！

参考文献：

CRISPR to the Rescue: Advances in Gene Editing for the FMR1 Gene. Brain Sci. 2019 Jan; 9(1): 17.