在人體和小鼠體內，如果Tmc1-a出現異常，那么內耳中負責感應聲波振動(dòng)的關(guān)鍵細胞：毛細胞（hair cells）就會(huì )受損，從而造成耳聾。來(lái)自哈佛大學(xué)的一組研究人員利用CRISPR-Cas9基因組編輯技術(shù)，剔除了該基因的突變拷貝，從而減少了小鼠聽(tīng)力損失。這一研究成果公布在12月20日的Nature雜志上。

      領(lǐng)導這一研究的是哈佛大學(xué)化學(xué)生物學(xué)家David Liu，作為納斯達克CRISPR“第一股”Editas公司的聯(lián)合創(chuàng )始人之一，David R. Liu也是最早著(zhù)手于CRISPR科研的幾位科學(xué)家之一，據稱(chēng)這位教授是一位從來(lái)沒(méi)有做過(guò)博士后的年輕教授，他早年畢業(yè)于哈佛大學(xué)，1999年在加州大學(xué)伯克利校區攻讀博士學(xué)位，在Peter Schultz教授指導下從事核糖核酸研究，并自主首次開(kāi)始活細胞遺傳密碼的研究。之后就被哈佛大學(xué)任命為助教授，2004年晉升為教授。Liu教授曾被麻省理工學(xué)院技術(shù)評論列入全球Top 100 青年發(fā)明家（35歲以下），“大眾科學(xué)”亦將其列入全美Top10最具才氣的青年科學(xué)家。

      對于這項最新成果，Liu表示，“這一領(lǐng)域的傳統思維是，一旦你失去了內耳毛細胞，就很難再讓它們回來(lái)了”，“我認為，當可以實(shí)現時(shí)，基因組編輯藥物的瞬時(shí)傳輸性質(zhì)特別有前途。像是眼睛和耳朵這樣可通過(guò)局部注射進(jìn)入的器官組織，這種局部RNP傳輸確實(shí)具有一些真正的優(yōu)勢?！?/span>

      耳朵是一種復雜的機器，可將機械聲波轉換成大腦處理的電信號。當聲波進(jìn)入耳朵后，內耳毛細胞不均勻的兩端（纖毛）被推回，就像被大風(fēng)壓彎的一棵草。這一活動(dòng)會(huì )引起連接靜纖毛的成串蛋白質(zhì)（纖毛尖端細絲連接蛋白）產(chǎn)生張力，并通過(guò)貫穿毛細胞束末端的離子通道，向大腦發(fā)出一種信號。人體內耳聾最常見(jiàn)的原因是內耳毛細胞受到損傷，當毛細胞受損，耳蝸螺旋神經(jīng)節神經(jīng)元就會(huì )開(kāi)始退化，無(wú)法行使功能。細胞移植可以替代毛細胞工作，但如果感覺(jué)神經(jīng)元被損傷，那么聽(tīng)覺(jué)仍然是有限的。

      很早之前，科學(xué)家們就知道TCM1基因突變可導致耳聾，并在之前的研究中，他們逐漸發(fā)現其編碼的蛋白質(zhì)TMIE，與靜纖毛尖端細絲連接蛋白質(zhì)能相互作用，并將纖毛尖端連接與離子通道附近的一個(gè)組件聯(lián)系起來(lái)，也就是說(shuō)TMIE在纖毛尖端細絲連接和離子通道之間發(fā)揮橋接的作用，如果沒(méi)有TMIE，毛細胞在刺激后就不會(huì )誘發(fā)電信號。TCM1發(fā)生了一種顯性負性錯義突變后，會(huì )導致內耳毛細胞單通道電流水平和鈣滲透率降低，進(jìn)一步導致感音神經(jīng)性語(yǔ)后聾（語(yǔ)言形成后出現耳聾）。通常，TCM1顯性突變患者在10-15歲時(shí)會(huì )開(kāi)始逐漸變聾。

      在最新這項研究中，研究人員設計了一種特殊的小鼠模型：貝多芬小鼠模型，之所以起名為貝多芬，當然是來(lái)自于這位耳聾的杰出音樂(lè )家（雖然貝多芬耳聾的原因并不是基因突變）。在這種小鼠中同樣存在引發(fā)人體耳聾的TMC1基因突變，小鼠逐漸失去了一些聽(tīng)力，并且由于毛細胞的死亡，到八周時(shí)它們完全失聰了。

      David Liu及其同事設計了一個(gè)導向RNA，靶向致病基因拷貝（常染色體顯性遺傳基因），從而健康的那個(gè)等位基因能發(fā)揮功能。不過(guò)這項研究并沒(méi)有像常規一樣采用基于病毒的系統，傳遞Cas9和導向RNA序列，研究人員選擇利用脂質(zhì)包裹和傳遞Cas9指導RNA核糖核苷酸蛋白（RNP）復合物。這一策略改善了突變等位基因的編輯選擇性，使其在小鼠成纖維細胞培養物中的靶向性比野生型等位基因多出了20倍。

      接下來(lái)，他們將脂質(zhì)RNP復合物注入新生的貝多芬小鼠一只內耳中，這個(gè)小鼠具有一個(gè)貝多芬等位基因和一個(gè)野生型等位基因，研究人員也留下一邊耳朵未注射，作為內部對照。注射后的耳朵出現了完整的健康毛細胞，但未治療的耳朵在八周內出現了快速的毛細胞死亡。

      野生型小鼠的耳蝸（右圖），攜帶一個(gè)常染色體顯性貝多芬等位基因拷貝的小鼠的未經(jīng)治療的耳朵（左圖）和經(jīng)治療的耳朵（中圖）。未經(jīng)治療的耳朵中內耳毛細胞（IHC）和外毛細胞（OHC）（綠色）缺失，粉紅色數字表示每個(gè)段檢測到的近似頻率（以kHz為單位）。

      研究人員通過(guò)監測聽(tīng)覺(jué)腦干反應（ABR）（一種對聲音的神經(jīng)反應的測量）來(lái)測試四周齡小鼠的聽(tīng)力。未經(jīng)治療的耳朵記錄了75到80分貝左右的ABR，與噪音處理量相當。經(jīng)過(guò)治療的耳朵可以聽(tīng)到安靜的約60分貝的聲音，相當于一個(gè)安靜的談話(huà)。野生型小鼠可以聽(tīng)到低至30至40分貝的聲音，這表明基因組編輯能部分避免聽(tīng)力損失。治療八周后，治療組的ABR閾值仍低于未治療組，但此時(shí)的ABR要高于四周時(shí)的情況，這說(shuō)明小鼠的聽(tīng)力還是出現了變化。

      Barr-Gillespie表示：“野生型小鼠的閾值遠遠不夠，但是10-15分貝對人體來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的變化。這種聽(tīng)力損失在人體內是非常明顯的，治療可以使生活質(zhì)量得到實(shí)質(zhì)性的改善?！?/span>

      比利時(shí)列日大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Brigitte Malgrange說(shuō)，“這對治療遺傳性耳聾來(lái)說(shuō)，確實(shí)是一個(gè)非常重要的結果。目前還只是在小鼠階段，因此下一步就需要在人體中進(jìn)行嘗試?！?/span>

      約翰霍普金斯醫學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家UlrichMülle（未參與該項研究）警告道：“問(wèn)題在于這項技術(shù)的適用范圍有多大”。他解釋說(shuō)，許多遺傳性耳聾早在人胎兒發(fā)育期間就會(huì )出現，因此這對這種基因組編輯的傳遞策略更具挑戰性。但是，相比于依靠持續性病毒感染的輸送策略，這種RNP傳輸方法減少了脫靶效應，這也許會(huì )是一個(gè)很好的選擇。