華人學(xué)者、“基因魔剪”CRISPR先驅(qū)張鋒教授及其團(tuán)隊(duì)再次發(fā)布重磅研究：他們從人體自身中找到靈感，開發(fā)了一種將分子療法遞送到細(xì)胞的新方法，為基因編輯等療法的成熟再添利器。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月20日，頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）在線發(fā)表了霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所、博德研究所、麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)等團(tuán)隊(duì)的研究人員聯(lián)合完成的一項(xiàng)研究，題為“Mammalian retrovirus-like protein PEG10 packages its own mRNA and can be pseudotyped for mRNA delivery（哺乳動(dòng)物逆轉(zhuǎn)錄病毒樣蛋白PEG10可以包裹自己的mRNA，并可以假型化完成mRNA遞送）”。

在這項(xiàng)最新研究中，張鋒等人描述了一種SEND系統(tǒng)，全名為“Selective Endogenous eNcapsidation for cellular Delivery（選擇性內(nèi)源性衣殼化的細(xì)胞遞送）”。SEND的核心是一種叫做PEG10的蛋白質(zhì)，它通常與自己的mRNA結(jié)合，并在其周圍形成一個(gè)球形的保護(hù)囊。張峰等人對(duì)PEG10進(jìn)行了工程改造，以選擇性地包裹和遞送其他RNA。研究團(tuán)隊(duì)還使用SEND系統(tǒng)將CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)遞送到小鼠和人類細(xì)胞中，隨后編輯目標(biāo)基因。

 “生物醫(yī)學(xué)界一直在開發(fā)強(qiáng)大的分子療法，但以精確和有效的方式將它們遞送到細(xì)胞中是具有挑戰(zhàn)性的?！睆埛逭J(rèn)為，此次他們開發(fā)的遞送新平臺(tái)“SEND”有潛力克服這些挑戰(zhàn)。張峰是這篇論文的通訊作者，他目前是博德研究所的核心成員、麥戈文研究所研究員，也是霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員，麻省理工學(xué)院大腦、認(rèn)知科學(xué)和生物工程系的教授。

華人學(xué)者、“基因魔剪” CRISPR先驅(qū)張鋒教授。

博德研究所對(duì)這一最新研究進(jìn)行了報(bào)道，文章評(píng)價(jià)道，新的遞送平臺(tái)在細(xì)胞模型中有效工作，并且隨著進(jìn)一步的發(fā)展，可能會(huì)為廣泛的分子藥物開辟一類新的給藥方法，包括基因編輯和基因替換?！艾F(xiàn)有的這些療法載體可能效率低下，并隨機(jī)地整合到細(xì)胞基因組中，有些還會(huì)引起不必要的免疫反應(yīng)。SEND有希望克服這些缺陷，這可能為部署分子醫(yī)學(xué)提供新的機(jī)會(huì)?！?/p>

論文第一作者M(jìn)ichael Segel是張鋒實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，第二作者Blake Lash也是實(shí)驗(yàn)室的一名研究生。他們強(qiáng)調(diào)，PEG10遞送RNA的能力并不是獨(dú)特的，“這就是令人興奮的地方?！盨egel說，“這項(xiàng)研究表明，人體內(nèi)可能還有其他的RNA遞送系統(tǒng)，也可以用于治療目的。這也提出了一些非常有趣的問題，這些蛋白質(zhì)的天然作用究竟是什么?！?/p>

張鋒等人的靈感來自于人體本身。PEG10蛋白自然存在于人類體內(nèi)，由一種“逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子”(一種類似病毒的基因元素)衍生而來，這種基因在數(shù)百萬(wàn)年前就與人類祖先的基因組整合在了一起。隨著時(shí)間的推移，PEG10已經(jīng)成為對(duì)生命重要的蛋白質(zhì)庫(kù)的一部分。

四年前，研究者們發(fā)現(xiàn)另一種反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子衍生的蛋白質(zhì)ARC，它可以形成病毒樣結(jié)構(gòu)，并參與細(xì)胞之間的RNA轉(zhuǎn)移。盡管這些研究表明，有可能將逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子蛋白作為轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)，但科學(xué)家還沒有成功地利用這些蛋白在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中包裝和運(yùn)送特定的RNA。

張鋒等人準(zhǔn)備嘗試上述可能性，隨即轉(zhuǎn)向?qū)⑦@些蛋白質(zhì)用作遞送工具的研究。他們?cè)谌祟惢蚪M中系統(tǒng)地搜索這些蛋白質(zhì)，尋找能形成保護(hù)囊的蛋白質(zhì)。在最初的分析中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了48個(gè)編碼蛋白質(zhì)的人類基因，這些蛋白質(zhì)可能具有這種能力。

其中，有19種候選蛋白同時(shí)存在于小鼠和人類體內(nèi)。在研究團(tuán)隊(duì)的細(xì)胞系實(shí)驗(yàn)中，PEG10因其高效的“穿梭”能力脫穎而出，細(xì)胞釋放PEG10顆粒也明顯多于其他測(cè)試的蛋白質(zhì)。值得注意的是，PEG10顆粒也大多攜帶編碼自身的mRNA，表明它有可能被改造稱傳遞RNA分子的工具。

為了開發(fā)SEND技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)鑒定了編碼PEG10的mRNA的分子序列，或稱“信號(hào)”序列，是PEG10的mRNA能被其他蛋白識(shí)別的關(guān)鍵。然后，研究團(tuán)隊(duì)利用這些信號(hào)序列來改造PEG10和其他RNA分子，使PEG10可以選擇性地包裹這些新的RNA。

接下來，研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)PEG10進(jìn)行了額外的蛋白質(zhì)修飾，也就是添加了一類能在細(xì)胞表面發(fā)現(xiàn)、促進(jìn)細(xì)胞融合的蛋白質(zhì)（fusogens）。通過這一設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)能夠靶向到特定的細(xì)胞、組織或器官。張鋒表示，“通過將SEND系統(tǒng)中的不同成分混合及匹配，我們相信能提供一個(gè)模塊化平臺(tái)，開發(fā)不同疾病的治療方法?！?/p>值得一提的是，SEND系統(tǒng)是由體內(nèi)自然產(chǎn)生的蛋白質(zhì)組成的，這意味著它可能不會(huì)觸發(fā)免疫反應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，如果這在進(jìn)一步的研究中得到證實(shí)，SEND可能會(huì)為可重復(fù)的基因療法提供機(jī)會(huì)，而且副作用很小。

Lash表示，“SEND技術(shù)將補(bǔ)充病毒載體和脂質(zhì)納米顆粒，進(jìn)一步擴(kuò)大將基因編輯療法遞送到細(xì)胞的方法工具箱?！?/p>

據(jù)悉，下一步，研究團(tuán)隊(duì)將在動(dòng)物身上測(cè)試SEND，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)完善該系統(tǒng)，將分子遞送到不同組織和細(xì)胞。他們還將繼續(xù)探索人體中這些系統(tǒng)的自然多樣性，以確定可以加入到SEND平臺(tái)的其他組件。

“我們很高興能繼續(xù)推進(jìn)這一方法?！睆堜h提到，“我們可以使用PEG10，很可能還有其他蛋白質(zhì)，在人體中設(shè)計(jì)一個(gè)遞送途徑，包裹和遞送新的RNA和其他潛在療法，這是一個(gè)非常強(qiáng)大的概念?！?/p>