CRISPR自基因编辑系统问世以来，它已成为研究细胞功能的有力工具。它对我们对癌症生物学的理解产生了重大影响，并不断推动新的发现，加快癌症诊断和治疗手段的发展。Nature Reviews Cancer上一篇综述盘点CRISPR系统在癌症研究、诊断和治疗方面的最新进展。在今天的文章中，药明康德内容团队将与读者分享本次综述的精彩内容，点击文章末尾的阅读全文/Read more可以访问综述原文网站。

CRISPR对癌症生物学研究的影响

癌症的精确医疗策略取决于发现促进癌症生长的基因突变，CRISPR基因编辑技术可以快速有效地产生基因敲除，调节内源性基因表达，复制与癌症相关的基因组变化。CRISPR技术的简单性和高效性目前生成基因敲除小鼠模型已成为一种常规操作。此外，通过将会，通过将会。CRISPR基因编辑系统的所有系统的所有组分引入某些体细胞，可以产生特定组织的癌症模型。例如，使用它。CRISPR编辑在造血干细胞中Tet2，Runx1，Dnmt3a，Nf1和Smc3该基因能刺激急性髓系白血病。CRISPR送到肝脏、胰腺或肺部可以迅速产生表型复杂的癌症模型。

▲利用CRISPR技术生成不同类型的癌症模型(图片来源:参考资料[1])

综述作者指出，CRISPR技术对癌症研究的最大影响可能是CRISPR筛选。这种筛选使用靶向基因组中不同基因的指导RNA（gRNA）图书馆可以系统地清除细胞系或器官中的任何基因，然后观察基因清除对癌细胞生长或药物反应的影响。

CRISPR癌症研究的另一个重要应用是跟踪癌细胞的谱系变化。癌症的一个主要特征是其异质性，癌细胞不断积累基因变异，导致不同特征的细胞克隆。了解肿瘤内部的异质性，跟踪新克隆的产生和进化，使科学家更全面地了解肿瘤的发生。

目前，研究人员已经开发出多种基础CRISPR跟踪策略可以在混合细胞中发现不同的细胞克隆，包括各种细胞克隆，并随着时间的推移跟踪它们的动态变化。CRISPR该技术可以在细胞中引入独特的条形码来标记癌细胞谱系。CRISPR记录系统可以在特定时间将标记引入基因组，通过分析这些不同的标记，构建不同癌细胞克隆之间的谱系。

▲用于跟踪癌细胞克隆谱系的不同CRISPR策略（图片来源：参考资料[1]）

CRISPR应用于癌症诊断和发展

尽快发现癌症为治愈癌症提供了最好的机会，CRISPR该技术有助于开发更灵敏的分子诊断工具，帮助癌症的早期检测。基于此基础。Cas12和Cas13的CRISPR分子诊断系统已用于从癌症组织活检中发现与癌症相关的基因突变。在发现特定的致癌基因突变序列后，它们可以通过切割荧光报告蛋白RNA序列，发出荧光信号。该技术用于生产快速敏感的新冠病毒检测。同一平台可用于生成高度敏感的个性化癌症发现和监测系统。

此外，CRISPR该系统可用于精确切割基因组的特定区域DNA片段与传统的随机基因组片段（fragmentation）与手段相比，这种方法可以丰富感兴趣的东西DNA结合下一代基因测序，在样本量很小的情况下，可以发现特定基因上的基因突变。该技术目前正在临床试验中进行评估，以发现卵巢癌p53突变。

CRISPR在癌症治疗中的应用

在癌症治疗方面，CRISPR该技术的主要应用之一是工程改造免疫细胞，产生抗癌免疫疗法。许多研究小组已经显示，使用它们已经显示出来。CRISPR基因编辑靶向敲除T细胞的PD-1表达能提高T细胞的抗癌活性。这种候选疗法已进入临床试验阶段。

此外，生产同一异体的通用型CAR-T细胞疗法时，CRISPR基因编辑可用于内源性编辑T细胞受体和健康供体T人类白细胞表面的抗原（HLA），从而降低异体细胞输入引起的免疫排斥和移植物抗宿主病的风险。

而且，使用CRISPR/Cas9技术也可以表达CAR序列特别插入细胞T细胞受体α恒定区（TRAC）带来基因位点CAR一致性表达。这种方法在体外和小鼠模型中生成。CAR-T细胞与常规CAR-T与细胞相比，细胞表现出更强的抗癌活性。

▲CRISPR工程化改造T细胞的多种方式（图片来源：参考资料[1]）

在体外改造T除细胞疗法外，还使用CRISPR基因编辑直接靶向驱动癌症的基因变异是一个有吸引力的挑战，也是一个非常困难的挑战。理论上，通过理论，CRISPR基因编辑可以直接纠正驱动癌症的基因变异，或杀死产生特定基因变异的癌细胞，从而抑制肿瘤的生长。然而，这种策略需要克服多种障碍，包括完成特定的肿瘤治疗和高效的基因编辑。

一些肿瘤特异性基因编辑策略已经在临床前研究中发现。例如，靶向致癌基因的融合。CRISPR基因编辑系统可以在选择性靶向肿瘤细胞的同时扰乱促进肿瘤生长的基因变异。另一项临床前研究允许进行临床前研究。CRISPR-Cas13a转录系统NF-κB由于转录因子的控制，由于转录因子的控制，NF-κB在各种癌症中过度激活，这种策略可以在癌细胞中表达特异性CRISPR-Cas13a系统，降低致癌基因的表达，达到抑制癌细胞生长的效果。

▲利用NF-κB控制CRISPR-Cas13a系统表达、肿瘤特异性降解致癌基因(图片来源:参考资料[4])

在交货技术方面，脂质纳米颗粒（LNP）在递送新冠mRNA病毒已经取得了巨大的成功。利用它。LNP递送编码Cas9的mRNA和gRNA在概念验证研究中，有效靶向有丝分裂所必需的基因PLK1，体内基因编辑效率达到胶质母细胞瘤小鼠模型的70%，导致细胞凋亡，抑制肿瘤生长50%，改善生存期30%。LNP表面偶联靶向肿瘤特异性抗原的抗体也成功驱动分散的肿瘤选择性吸收LNP，提高肿瘤特异性编辑效率。

总的来说，这些临床前研究表明，体内CRISPR基因编辑治疗癌症的潜力，但将是CRISPR将基因编辑转化为可行的临床抗癌疗法还需要很大的努力。

局限和前景

虽然CRISPR它广泛应用于癌症生物学领域，但作者指出，该技术的进一步发展，特别是在临床治疗中，仍需要克服几个局限性。Cas酶导致的DNA双链断裂可能会导致无意的DNA在某些情况下，可能会驱动染色体碎裂（chromothripsis），从而影响正常细胞的功能。CRISPR技术导致的DNA双链断裂损伤可能刺激刺激刺激p53信号通路导致细胞死亡或筛选p53功能下降的细胞。CRISPR系统脱靶编辑的可能性一直是研究人员关注的问题。

然而，尽管这些潜在的局限性是促进的CRISPR目前，科学家们已经开发了工具来发现和减少这些事件的发生。作者说，他们可能不会受到明显的阻碍CRISPR技术在临床实践中的应用。5-10年里，CRISPR技术将真正进入临床治疗阶段，在CAR-T治疗和其他免疫细胞工程化表明他们将在治疗癌症方面有所作为。

在科研方面，CRISPR该技术已经开始解决癌症的许多基本问题。通过描述单个基因在癌细胞行为中的作用，它将赋予下一代免疫治疗、揭示非编码区域和控制元件在肿瘤发生中的作用。CRISPR在过去和未来，技术将是我们理解和治疗人类癌症的关键工具之一。

参考资料：

[1] Katti et al.,(2022). CRISPR in cancer biology and therapy. Nature Reviews Cancer,https://doi.org/10.1038/s41568-022-00441-w

[2] Zhang et al.,(2022). Application of the CRISPR/Cas9-based gene editing technique in basic research,diagnosis,and therapy of cancer. Molecular Cancer,https://doi.org/10.1186/s12943-021-01431-6

[3] Gong et al.,(2022). CRISPR/Cas-Based In Vitro Diagnostic Platforms for Cancer Biomarker Detection. Analytical Chemistry,https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c02533

[4] Gao,et al.,(2020). A new tool for CRISPR-Cas13a-based cancer gene therapy. Mol. Ther. Oncolytics,https://doi.org/10.1016/j.omto.2020.09.004