遺傳因素導(dǎo)致了大多數(shù)類(lèi)型的人類(lèi)疾病，包括遺傳性疾病、傳染性疾病和惡性疾病。因此，生物醫(yī)學(xué)科學(xué)的一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種手段來(lái)修改患者體內(nèi)的基因組，以校正致病突變，使入侵病原體的基因組失效，使免疫細(xì)胞攻擊腫瘤，并使無(wú)數(shù)其他治療機(jī)會(huì)得以實(shí)現(xiàn)。在某些情況下，基因添加可以具有治療價(jià)值，而且基因療法正在經(jīng)歷越來(lái)越多的成功。然而，在許多其他情況下，必須對(duì)患者的基因組進(jìn)行編輯才能達(dá)到治療效果?；蚪M編輯廣泛地包括不同的技術(shù)，可以在不同的環(huán)境下做出許多不同的基因組改變，這個(gè)話題已經(jīng)成為近期的全面綜述的主題。基因組編輯中的幾個(gè)概念（圖1）是SCGE聯(lián)盟（Somatic Cell Gene Editing Consortium, 體細(xì)胞基因編輯聯(lián)盟）的目標(biāo)和戰(zhàn)略的核心。

在過(guò)去的幾十年里，技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展使得用戶(hù)可編程的基因組編輯已被引入，測(cè)試，改進(jìn)和實(shí)施。這些技術(shù)包括同源重組、鋅指核酸酶（ZFN）、歸巢核酸內(nèi)切酶（meganuclease）和轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（TALEN）。最近，源自細(xì)菌免疫途徑的工程化分子復(fù)合物稱(chēng)為CRISPR-Cas系統(tǒng)，已經(jīng)*改變了基因組編輯，部分原因是它們的靶序列可以簡(jiǎn)單地用易于設(shè)計(jì)的向?qū)NA進(jìn)行編程。盡管有了這些有希望的進(jìn)展，但在治療性基因組編輯的轉(zhuǎn)化潛力可以充分實(shí)現(xiàn)之前，挑戰(zhàn)仍然存在。

在一篇新的觀點(diǎn)（Perspective）類(lèi)型文章中，作者概述了SCGE聯(lián)盟的目標(biāo)和戰(zhàn)略，該聯(lián)盟是由美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院（NIH）成立的，旨在加快制定應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的解決方案。NIH在6年內(nèi)撥款約1.9億美元支持SCGE聯(lián)盟，該聯(lián)盟如今包括來(lái)自38家研究機(jī)構(gòu)的72名主要研究人員，他們正在開(kāi)展45個(gè)不同但又相互結(jié)合的項(xiàng)目。

在過(guò)去十年之前，最著名的基因組編輯平臺(tái)（ZFN、歸巢核酸內(nèi)切酶、TALEN和CRISPR-Cas9/Cas12a系統(tǒng)）幾乎*依賴(lài)于這樣一種認(rèn)識(shí)，即對(duì)核酸酶誘導(dǎo)的基因組斷裂的修復(fù)可以被用來(lái)誘導(dǎo)基因組編輯（圖1a）---無(wú)論是基因敲除（通過(guò)非同源末端連接（NHEJ）或微同源介導(dǎo)的末端連接（MMEJ）產(chǎn)生的插入或缺失），還是通過(guò)同源介導(dǎo)的修復(fù)（HDR）進(jìn)行精確校正。一些編輯事件涉及到載體衍生的“貨物”序列插入到基因組：對(duì)能夠完成這一任務(wù)的重組酶和轉(zhuǎn)置酶的自然例子已經(jīng)研究了幾十年，一些載體（例如，慢病毒載體）正在應(yīng)用于基因治療和基因組編輯。此外，一些平臺(tái)可以通過(guò)與其他效應(yīng)蛋白結(jié)合在一起，以部分或*無(wú)核酸酶活性的形式實(shí)現(xiàn)。這些策略包括堿基編輯（base editing，即融合的脫氨酶酶重寫(xiě)單個(gè)核苷酸，而不誘導(dǎo)雙鏈斷裂）和引導(dǎo)編輯（prime editing，即融合的逆轉(zhuǎn)錄酶通過(guò)擴(kuò)展的向?qū)NA模板引入編輯）。無(wú)核酸酶活性的形式也可以與改變?nèi)旧|(zhì)而不改變DNA序列的酶融合到一起（圖1a）。當(dāng)然，沒(méi)有一種平臺(tái)適合所有的情況，而且成功實(shí)現(xiàn)編輯的關(guān)鍵因素包括效率（預(yù)期位點(diǎn)有多少被編輯）、精度（所需的編輯與不所需的編輯的相對(duì)頻率）和準(zhǔn)確性（多少脫靶位點(diǎn)被無(wú)意編輯，以及在多大程度上被無(wú)意編輯）。

圖1.用于在體內(nèi)編輯細(xì)胞基因組的工具。

針對(duì)體細(xì)胞的基因組編輯既可以在體外進(jìn)行，然后將編輯后的細(xì)胞重新導(dǎo)入患者體內(nèi)，也可以在體內(nèi)進(jìn)行，這時(shí)需將編輯復(fù)合物送到體內(nèi)組織。對(duì)體細(xì)胞組織和生殖系組織進(jìn)行編輯的一個(gè)重要的區(qū)別：后者有可能將基因變化傳遞給后代。SCGE聯(lián)盟嚴(yán)格專(zhuān)注于體細(xì)胞編輯；生殖系編輯不僅被排除在目標(biāo)之外，而且被認(rèn)為是一種不可接受的結(jié)果，應(yīng)謹(jǐn)慎防止。

基因組編輯技術(shù)已經(jīng)在各種疾病的動(dòng)物模型中顯示出功效，包括癌癥、血液和代謝紊亂、遺傳性失明和耳聾、神經(jīng)肌肉疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。這些成功證明了向大型動(dòng)物模型發(fā)展的合理性。早期階段的臨床試驗(yàn)表明，自體編輯細(xì)胞可以穩(wěn)定地在人體中定植和持續(xù)存在，而且早期報(bào)告表明體外編輯的異體T細(xì)胞可抵抗癌癥，以及使用自體造血干細(xì)胞消除鐮狀細(xì)胞疾病患者對(duì)輸血的需求。

然而，體外編輯在邏輯上是復(fù)雜的，昂貴的，難以規(guī)模化，因?yàn)樗枰罅康募?xì)胞制造基礎(chǔ)設(shè)施。因此，在體內(nèi)對(duì)體細(xì)胞編輯的方法正在開(kāi)發(fā)中，初步目標(biāo)包括難以在體外制造的細(xì)胞類(lèi)型（例如，在視網(wǎng)膜（NCT03872479）和肝臟（NCT03041324和NCT04601051））。這些研究強(qiáng)調(diào)了基因組編輯在改善人類(lèi)健康方面的巨大潛力。然而，它們也突顯了需要解決這些技術(shù)的關(guān)鍵限制。具體來(lái)說(shuō)，體內(nèi)編輯在療效和安全性方面仍然面臨著巨大的障礙，特別是在眼睛和肝臟以外的器官系統(tǒng)。

為了在體內(nèi)獲得成功，編輯器必須能夠誘導(dǎo)細(xì)胞中任何目標(biāo)核酸（包括細(xì)胞核DNA和線粒體DNA）發(fā)生一系列編輯。編輯器必須高效，但也必須安全，具有可接受的毒性水平，并盡量減少對(duì)先天性免疫反應(yīng)的激活。對(duì)編輯器或遞送載體的適應(yīng)性免疫也必須進(jìn)行管理，特別是在需要重新給送以編輯所需比例的目標(biāo)細(xì)胞群體的情況下。同樣，預(yù)存免疫（pre-existing immunity）在某些情況下可能需要加以抑制或規(guī)避。一個(gè)特別艱巨的挑戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)的遞送技術(shù)，以安全和有效的方式遞送編輯復(fù)合物到眾多的組織中。這些作者試圖更好地控制他們打算在每個(gè)靶位點(diǎn)上產(chǎn)生的精確的基因組變化，減少靶位點(diǎn)和脫靶位點(diǎn)發(fā)生非預(yù)期修改的可能性，并更好地理解非預(yù)期編輯事件的生物學(xué)后果。

基因編輯療法開(kāi)發(fā)的最大障礙是建立安全有效的遞送策略?；蚪M編輯領(lǐng)域已開(kāi)發(fā)出許多病毒和非病毒遞送方法。事實(shí)上，最近監(jiān)管部門(mén)批準(zhǔn)使用腺相關(guān)病毒(AAV)和慢病毒載體的基因療法，以及基于短干擾RNA(siRNA)和反義RNA的藥物，提供了可用于基因組編輯的經(jīng)驗(yàn)。然而，許多為基因療法開(kāi)發(fā)的載體，通常專(zhuān)注于長(zhǎng)期表達(dá)以補(bǔ)償遺傳缺陷，但對(duì)于基因編輯來(lái)說(shuō)，并不一定是最佳的，因?yàn)榛蚓庉嬐ǔＰ枰虝哼f送編輯器。常用編輯器也帶來(lái)了其他挑戰(zhàn)，包括它們的大尺寸（SpyCas9和TALEN），它們的重復(fù)序列和需要遞送異源二聚體（ZFN和TALEN）的兩個(gè)組件，以及需要遞送核糖核蛋白復(fù)合物（RNP，比如在CRISPR中）。最后，在不適當(dāng)?shù)慕M織中的在靶活性或脫靶活性的風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)調(diào)了確保靶向正確組織的必要性?？傮w而言，這些挑戰(zhàn)為創(chuàng)新提供了相當(dāng)大的機(jī)會(huì)。

在2017年通過(guò)一系列利益相關(guān)者研討會(huì)回顧了該領(lǐng)域的現(xiàn)狀后，NIH共同基金指出了跨越多種臨床適應(yīng)癥、基因和靶組織的需求。大家的共識(shí)是，該領(lǐng)域需要新的基因組編輯器、遞送系統(tǒng)和生物系統(tǒng)來(lái)衡量各種基因組編輯策略的安全性和有效性。NIH共同基金隨后在2018年啟動(dòng)了SCGE聯(lián)盟，組建了一批多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，致力于解決這些需求的各個(gè)項(xiàng)目。

SCGE聯(lián)盟的總體目標(biāo)是加速基因組編輯技術(shù)向各種組織和疾病的轉(zhuǎn)化。該領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一是使用共同的指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種技術(shù)進(jìn)行比較。例如，一種視網(wǎng)膜遞送系統(tǒng)可能會(huì)在感興趣的基因處產(chǎn)生在靶插入或缺失（on-target indel），但不清楚這種相同的遞送系統(tǒng)是否可以校正肺部中的不同基因。SCGE項(xiàng)目中交織著能夠混合和匹配各種技術(shù)和讀數(shù)的發(fā)展路徑。在一個(gè)例子中，SCGE項(xiàng)目前三年開(kāi)發(fā)的所有新的遞送技術(shù)將首先在小動(dòng)物（例如，小鼠）中進(jìn)行測(cè)試，然后---如果成功的話---在豬和非人類(lèi)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物中進(jìn)行測(cè)試。由此產(chǎn)生的第三方數(shù)據(jù)將與更大的研究界和公眾共享。SCGE聯(lián)盟的一個(gè)關(guān)鍵價(jià)值是透明性，這使得其他人能夠獲得其研究產(chǎn)出，并利用其結(jié)果和產(chǎn)品為他們自己的疾病重點(diǎn)項(xiàng)目提供信息和加快研發(fā)進(jìn)度。除了數(shù)據(jù)，這些作者旨在提供一系列工具、試劑、方法和最佳實(shí)踐，這些工具、試劑、方法和最佳實(shí)踐將被整合到SCGE治療性基因組編輯工具包（簡(jiǎn)稱(chēng)SCGE工具包，圖1b）中。通過(guò)這些活動(dòng)和可交付成果，SCGE聯(lián)盟力求減少開(kāi)發(fā)新療法所需的時(shí)間和成本，以便產(chǎn)生持久的影響。

由于對(duì)人類(lèi)基因組的深入了解和生物工程能力的迅速發(fā)展，基因組編輯技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化出現(xiàn)了新的機(jī)會(huì)。SCGE聯(lián)盟旨在開(kāi)發(fā)新技術(shù)和改造現(xiàn)有工具，以立即利用這些機(jī)會(huì)，確定和減輕安全風(fēng)險(xiǎn)，并將治療性基因組編輯擴(kuò)展到*挑戰(zhàn)性的體細(xì)胞組織環(huán)境中。以前的大型項(xiàng)目不僅通過(guò)產(chǎn)生新知識(shí)，而且通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)共同的框架，確保可重復(fù)性，應(yīng)用共同的標(biāo)準(zhǔn)，并建立不同技術(shù)的互操作性，推進(jìn)了基因組學(xué)的前沿。在這些努力的啟發(fā)下，SCGE方案旨在推動(dòng)基因組編輯領(lǐng)域向更廣泛的人類(lèi)治療應(yīng)用發(fā)展。