诺奖团队用CRISPR“粉碎癌症”，靶向非编码序列，清除脑肿瘤

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

原发性胶质母细胞瘤（GBM）是一种高度侵袭性的中枢神经系统（CNS）癌症，其治疗非常具有挑战性，尽管采用多模式治疗方案，患者的中位生存期也仅为12-15个月。GBM高度弥散并浸润正常脑实质，这使得无法通过手术完全切除肿瘤，而残留肿瘤会不可避免的再次复发。此外，GBM具有显著的肿瘤异质性，其细胞亚群显示出不同的突变、拷贝数畸变、基因表达模式和表观遗传状态。这种异质性使得靶向特定分子过程的治疗无效，因为它可以从具有不同基因组成的克隆中产生肿瘤复发 。

替莫唑胺（TMZ） 是目前GBM的一线化疗药物，O-6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（MGMT）启动子的甲基化状态决定了对 TMZ治疗的敏感性，虽然基于TMZ的疗法显示出相对较少的副作用并延长了GBM患者的生存期，但大多数患者会仍会经理疾病进展。在肿瘤复发时，23%的MGMT沉默的GBM患者表现出与恶劣生存相关的超突变肿瘤。对于复发性星形细胞瘤和少突胶质瘤患者，这一比例更高。TMZ增加了体细胞突变的发生率，再加上肿瘤基因组的不稳定性和DNA错配修复（MMR）通路的丢失，这导致了超突变。而关键是，目前没有针对超突变胶质瘤的有效治疗方法。因此，迫切需要制定新的治疗策略，以便无论其突变和表观遗传特征如何，都能有效地消除GBM细胞。

近日，格拉斯通研究所、加州大学伯克利分校等机构的研究人员合作，在Cell子刊Cell Reports上发表了题为： Targeting the non-coding genome and temozolomide signature enables CRISPR-mediated glioma oncolysis 的研究论文。

该研究开发了一种基于CRISPR的“癌症粉碎”方法，靶向切碎癌细胞特异性的非编码的重复序列，从而清除癌细胞， 用于治疗胶质母细胞瘤。

源自细菌和古菌适应性免疫系统的CRISPR系统，能够在基因组的目标位点上引入RNA引导的DNA双链断裂（DSB），从而在人类细胞中进行可编程的基因编辑。而CRISPR疗法的一个潜在风险也正是由于其产生的DNA双链断裂可能导致细胞毒性效应。

此前，George Church、杨璐菡等人为了构建可用于人类器官移植的基因编辑猪，使用CRISPR-Cas9基因编辑技术在猪细胞系和活猪体内原代细胞中分别实现了62处和25处基因编辑。但我们目前尚不清楚多少个这样的DNA双链断裂能够消除一个细胞，以及这是否可以被利用来作为一种有效的抗癌方式。

在这项最新研究中，针对中枢神经系统（CNS）癌症，研究团队提出通过靶向肿瘤基因组中独特的重复序列，利用CRISPR-Cas9基因编辑时产生的DNA双链断裂带来的细胞毒性效应，作为治疗复发性超突变胶质瘤的新策略，研究团队将这一概念称为——CRISPR“癌症粉碎”。

具体来说，研究团队发现了DNA损伤反应 （DDR） 基因的生殖细胞缺陷可能导致了原发性GBM肿瘤的高突变负荷，以及对GBM细胞永生化至关重要的TERT启动子的体细胞突变。此外，复发性GBM在遗传上与原发性GBM不同，前者具有与恶性肿瘤进展和超突变有关的额外突变。

该研究还发现，GBM的一线化疗药物替莫唑胺（TMZ）治疗所诱导的复发性GBM超突变，可以导致独特的、癌症特异性的非编码的重复序列。重要的是，这些非编码重复序列可以被CRISPR-Cas9所靶向切割，在这些位点切割癌细胞基因组，使其基因组碎片化，导致DNA损伤又到的细胞死亡，从而选择性清除患者来源的复发性GBM细胞系，同时保留了正常细胞。

这种基于CRISPR的癌症粉碎提出了一种创新的治疗范式，它独立于肿瘤的遗传和表观遗传起源，将超突变癌症的肿瘤突变负荷和化疗药物TMZ信号转化为一种潜在治疗途径。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.113339