美國時間11日，麻省理工學院(MIT)臺裔科學家劉如謙(David Liu)領導的團隊，在頂尖學術期刊《Cell》，發表其開發的「工程化無DNA類病毒顆粒」(engineered DNA-free virus-like particles, eVLP)，能夠將鹼基編輯或Cas9核糖核蛋白輸送到生物體內，目前已在小鼠疾病模型中，分別驗證了其在修復遺傳性失明、以及降低PCSK9濃度的功能，且脫靶效應極低、安全性很高，有望克服現有基因編輯載體面臨的挑戰。
 
目前基因編輯系統在臨床運用上使用的運輸載體，主要有病毒載體如慢病毒(lentivirus)、腺相關病毒(AAV)等病毒載體，或是屬於非病毒載體的奈米微脂體(LNP)。然而這些載體除了潛在的脫靶風險，還有各自的挑戰，例如慢病毒載體只能用於體外對細胞的運送，AAV載體能容納的鹼基長度有限，LNP目前只能靶向肝臟等少數器官等。
 
劉如謙團隊以反轉錄病毒(retrovirus)為基礎進行改造，目標是克服物質包裹、釋放及局部化(localization)的挑戰。在研究團隊開發出的第四代eVLP中，已經可以包裝、運送鹼基編輯(base editor)和CRISPR/Cas9系統。研究團隊表示，相較於其他載體直接運送核酸物質，eVLP能將基因編輯系統直接以核糖核蛋白(RNP)的方式在體內輸送，脫靶性會來得更低。
 
藉由搭配不同的糖蛋白，能夠改變eVLP的趨性(tropism)，將eVLP靶向不同的細胞和器官。研究團隊也在此研究中，展示了在人類細胞、小鼠原代細胞(primary mouse cells)，以及透過一次注射，即可在小鼠的肝、眼等器官組織中，成功執行有效的基因編輯，且未發現體內或體外的脫靶效應。
 
例如，研究團隊以eVLP將鹼基編輯系統的核糖核蛋白輸送到小鼠肝臟，成功編輯了63%的肝臟細胞，並將血中PCSK9蛋白濃度降低了78%。由於PCSK9蛋白含量和俗稱「壞膽固醇」的低密度脂蛋白(LDL)息息相關，因此有望成為預防心血管疾病的潛在方式。
 
此外，研究團隊也將這套系統，應用在萊伯氏先天性黑蒙症(LCA)的遺傳性失明小鼠模型。結果顯示，由eVLP運送鹼基編輯系統的核糖核蛋白，也能夠有效修復小鼠的基因突變位點，並達成部分修復小鼠視力。
 
研究團隊表示，目前他們無論是在體內或體外實驗中，都沒有發現來自eVLP的基因編輯脫靶效應，這點是AAV載體或是質體運輸(plasmid delivery)經常面臨的挑戰。他們認為，eVLP將能結合病毒與非病毒載體的優點，成為巨分子治療的理想運輸模式。
 
劉如謙致力於次世代基因編輯的開發，被稱作「CRISPR 2.0教父」。其開發出有別於CRISPR的鹼基編輯(base editing)和先導編輯(prime editing)等創新技術，能夠在不需切割DNA，直接利用化學方法修飾鹼基，藉以改善編輯的精準度。劉如謙野參與了多家基因編輯公司，例如甫在10日獲輝瑞13.5億美元合作開發肝臟中樞神經系統療法的Beam Therapeutics，以及在2021年7月剛完成2億美元B輪募資的Prime Medicine。
 
參考資料：
https://mp.weixin.qq.com/s/S7CkcETJ-oH0-FhdFz_dJA
 
研究原文：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01484-7
 
(編譯 / 吳培安)

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