有研究人员发现 ， CRISPR-Cas9系统作用于人体细胞时 ， 潜在脱靶位点的平均脱靶率在40%左右 。2017年5月发表在《自然方法》杂志上的一篇文章称 ， CRISPR-Cas9系统会引入大量不可预估的突变到小鼠基因组中 ， 也即大规模脱靶 。不过 ， 后续调查发现 ， 大规模的脱靶现象是作者使用了基因背景不明确的小鼠对照而产生的错误判断 ， 因此 ， 这篇文章被撤稿 。
尽管如此 ， CRISPR-Cas9系统的脱靶作用还是引人担忧 。对此 ， 研究人员进行了探讨 ， 为何CRISPR-Cas9系统会产生脱靶效果 。

文章插图
CRISPR-Cas9系统是一种保护细菌免受病毒侵害的防御机制 。病毒侵入细菌并把一部分基因贮存在细菌中 ， 这种内置的病毒DNA就起着遗传记忆的作用 。如果相同的病毒再次攻击这个细菌（或它的后代） ， 那么细菌会快速地识别这种病毒 ， 并且派遣Cas9蛋白来追踪它 。Cas9寻找到细菌细胞中含有敌意的病毒DNA后 ， 如果发现它与细菌基因组中贮存的病毒RNA相匹配 ， 就会切割这个病毒基因 ， 由此消除病毒再次入侵的威胁 。
但是 ， Cas9有时会引导切割与它正在寻找的靶DNA相类似的DNA或RNA序列 ， 原因在于 ， 从演化的角度来看 ， 细菌切割这些稍微不同的DNA序列是非常合理的 。因为 ， 病毒在不断发生变异 ， 因而能够形成略微不同于Cas9寻找的靶基因 。通过切割略有不同的DNA或RNA序列 ， CRISPR-Cas9系统能够跟踪病毒的演化和更好地保护细菌免受变异病毒的攻击 。这也是为何CRISPR-Cas9系统会频频脱靶的重要原因之一 。
但是 ， 研究人员认为 ， 今后可以采取多种方式来避免CRISPR-Cas9系统的脱靶 。首先 ， 可以提高有引导作用的sgRNA的特异性 ， 提高准确性；同时减少和控制Cas9-sgRNA的用量 ， 以避免脱靶；还可以改造Cas9蛋白以提高CRISPR-Cas9系统的特异性 ， 降低脱靶率；也可以运用Cas9蛋白的“关闭开关” ， 避免CRISPR-Cas9系统误切割正常的DNA或RNA 。
如果这些方式都能应用 ， 并在实践中证明它们能极大地减小脱靶率或者零脱靶 ， CRISPR-Cas9基因剪刀才有可能真正应用于临床治疗疾病 。
试验性治疗效果带来希望
2021年6月 ， 美国Intellia医药公司和再生元公司的研究人员在《新英格兰医学杂志》上报告了他们对6名患有一种称为转甲状腺素蛋白淀粉样变性的罕见疾病患者进行试验性治疗的结果 ， 显示了积极的疗效 。
转甲状腺素蛋白淀粉样变性是一种危及生命的疾病 ， 患者的主要器官 ， 如神经和心脏中产生了错误折叠的转甲状腺素蛋白 ， 并逐渐积累 ， 因此引发神经和心血管症状 ， 严重时危及患者的生命 。
研究人员研发出的一种药物NTLA-2001实际上就是CRISPR-Cas9基因剪刀 ， 可以有针对性地持久敲除错误折叠的转甲状腺素蛋白 。在患者注射后的第28天 ， 研究人员观察到患者产生了药物效果 ， 表明通过靶向敲除转甲状腺素蛋白可以持久降低血清转甲状腺素蛋白浓度 ， 从而治疗转甲状腺素蛋白淀粉样变性 。在给药后 ， 有些患者出现了轻度不良事件 ， 但所有患者都没有出现严重不良事件 。
而在此之前的2020年 ， 美国的另一个科学团队使用同样基于CRISPR-Cas9基因编辑疗法的药物CTX001 ， 试验治疗β地中海贫血和重度镰状细胞病 。

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