研究发现，修饰后的干细胞没有额外的突变
在活干细胞中，将一种基因转换为另一种基因的能力，在近十年里才从科幻小说跨越到现实。与任何一项新技术一样，它既带来了希望——例如修复人类致病基因的希望——也带来了问题和安全隐患。现在，索尔克的科学家们已经打消了其中一个担忧:在干细胞上使用基因编辑技术并不会增加细胞突变的总体发生率。新的研究结果发表在7月3日的杂志上细胞干细胞．
"精确修改DNA的能力干细胞极大地加速了人类疾病和细胞治疗的研究，”索尔克基因表达实验室教授、资深作者胡安·卡洛斯·伊兹皮苏亚·贝尔蒙特说。“为了成功地将这项技术转化为临床，我们首先需要仔细检查这些改良干细胞的安全性，比如它们的基因组稳定性和突变负荷。”
当科学家们想要改变细胞内一段DNA的序列时——无论是为了研究目的还是为了治疗目的而修复基因突变——他们有两种方法可供选择。他们可以使用经过改造的病毒将新基因传递到细胞中;然后细胞将新的DNA序列整合到旧的DNA序列中。或者科学家们可以使用所谓的自定义靶向核酸酶，比如TALEN蛋白，它可以在任何想要的位置切割DNA。研究人员可以使用这些蛋白质来切割他们想要替换的基因，然后添加一个新的基因到混合物中。细胞的自然修复机制会将新基因粘贴到位。
此前，贝尔蒙特的实验室率先使用被称为辅助腺病毒载体(HDAdVs)的改良病毒来纠正导致这种疾病的基因突变镰状细胞病这是世界上最严重的血液疾病之一。他和他的合作者使用hdv来代替突变基因在一组无突变体版本的干细胞中，培育出理论上可以注入患者骨髓的干细胞，这样他们的身体就能产生健康的血细胞。
不过，在这些技术应用于人类之前，贝尔蒙特等研究人员想知道编辑基因是否有风险基因在干细胞中。尽管这两种常见的基因编辑技术已被证明可以准确地改变DNA的正确片段，但科学家们担心，这一过程可能会使细胞更不稳定，容易在不相关的基因中发生突变，比如那些可能导致癌症的基因。
“当细胞被重新编程为干细胞时，它们倾向于积累许多突变，”医学博士李莫(Mo Li)说做博士后研究他是贝尔蒙特实验室的研究员，也是这篇新论文的作者之一。“所以人们自然会担心，你在体外对这些细胞进行的任何处理——包括基因编辑——可能会产生更多的突变。”
为了弄清楚情况是否如此，贝尔蒙特的研究小组与华大基因和中国科学院生物物理研究所合作，研究了含有导致镰状细胞病突变基因的干细胞。他们使用两种HDAdV设计中的一种来编辑一些细胞的基因，使用两种TALEN蛋白中的一种来编辑另一些细胞，并在不编辑它们的情况下将其余细胞留在培养中。然后，他们从四次编辑和对照实验中对每个细胞的整个基因组进行了完全测序。
虽然所有的细胞在实验中都获得了低水平的随机基因突变，但经过基因编辑的细胞——无论是通过HDAdV还是基于talen的方法——并不比培养中的细胞有更多的突变。
“我们对结果感到惊喜，”贝尔蒙特实验室的博士后铃木圭一郎(Keiichiro Suzuki)说，他也是这项研究的作者之一。“人们发现在iPSC重编程过程中引入了数千个突变。我们在所有病例中都发现了不到100个单核苷酸变体。”
李补充说，这一发现并不一定意味着使用编辑过基因的干细胞没有内在风险，但编辑过程并不会使干细胞的安全性降低。
他说:“我们得出的结论是，突变的风险与基因编辑没有内在联系。”“这些细胞与使用其他细胞进行细胞或基因治疗存在同样的风险。”他补充说，在同一期刊上发表的另外两篇论文支持了他们的结果(一篇来自约翰霍普金斯大学，另一篇来自哈佛大学及其合作者)。
贝尔蒙特的研究小组正在计划进行更多的研究，以确定在其他类型的细胞中，使用其他方法或针对其他基因的基因修复是否或多或少会导致不必要的突变。目前，他们希望他们的发现能鼓励该领域的研究人员继续研究基因编辑技术，将其作为未来治疗遗传疾病的潜在方法。
参与这项研究的其他研究人员有:来自索尔克生物研究所的Jing Qu、April Goebl、Emi Aizawa、Rupa Devi Soligalla、Jessica Kim、Na Young Kim、shin - kai Liao、Chris Benner和Concepcion Rodriguez Esteban;华大基因余畅、姚晓天、唐森伟、张帆、陈峰、金亚斌、李英瑞;中国科学院生物物理研究所的瞿静、袁婷婷、任若彤、徐秀玲、刘光辉。
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