基因科學和醫學領域的新學科——脫靶基因組編輯

　　隨著基因組編輯技術的不斷發展，基因組編輯設計過程中的非特異性基因突變導致的脫靶效應形成了一門新的基因科學學科和醫學學科。基因編輯和檢測方法，基因改變的解析方法或對照參考的不同，使基因組編輯發生脫靶效應，從而導致不同程度的短期和長期副作用，毒性或動力學改變。對基因組編輯產生的直接或間接的動態脫靶效應的檢測，是基因編輯臨床應用的關鍵問題。基因組編輯方法的質量是導致脫靶效應產生的決定性因素之一。基因組編輯的脫靶效應的發生機制比我們想象的更加復雜多樣。在單細胞水平，基因編輯細胞的脫靶效應的異質性可以在細胞簇形成發展的過程中來定義。脫靶效應除了對基因編輯細胞本身產生影響，也會使基因序列、基因結構、基因多維構造和相關調節因子功能改變，從而影響基因編輯細胞之間，基因編輯細胞和非基因編輯細胞之間，或者非基因編輯細胞之間的相互交流和作用。因而，在基因編輯臨床應用前，需要對基因組編輯脫靶的控制、檢測、定義、分類和預測，進行標準化和優化。

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　　臨床應用基因組編輯后，將產生一系列新的藥物。隨著精確編輯的增加，基因組工程細胞和胚胎細胞的移植可能是預防和治療遺傳和非遺傳疾病的替代方法。只要識別和驗證疾病特異性靶基因，基因組編輯似乎可以預防和治愈任何疾病。因此，將基因組編輯推向臨床應用的三個最關鍵和限制因素包括靶基因的疾病特異性、改善嚴重性疾病的治療功效、以及基因編輯程序和材料的安全性和毒性。然而，在將基因組編輯應用于患者之前，需要克服大量挑戰。在這些挑戰中，應該更多地關注脫靶基因組編輯，因為脫靶效應是不可動態監測、定性、量化或預期的。人們對脫靶基因組編輯的副作用和毒性知之甚少。

　　脫靶基因組編輯的概念應該通過分析脫靶基因及受其影響的知識和經驗的快速增長來重新定義。脫靶被定義為在基因組編輯過程中導致的非特異性遺傳修飾，包括意外基因的點突變，缺失、插入、倒位和易位。這些都是編輯技術本身的可測效果，而長期的生物效應則沒法估計。有人質疑由設計和選擇的靶基因引起的非特異性遺傳修飾是否也應該算作脫靶基因組編輯，因為這些基因是預期的、經過設計的和靶向的。這種非特異性遺傳修飾可能是由于疾病的復雜性，缺乏對已確定目標的系統驗證，并且獨特地關注生物效應而不是病理生理學特異性。例如，在HIV感染者中發現了CCR5基因和蛋白的過度表達，以及在HIV同源受體CCR5（CCR5Δ32/Δ32）中具有純合突變或在自體CD4中基因編輯CCR5的同種異體造血干細胞移植程序。 T細胞可以減輕感染HIV的患者的HIV-1表達。

　　脫靶效應程度因不同的分析方法，遺傳修飾的重點讀數，以及編輯方法而有所不同。Veres等人通過與親本細胞比較，發現了基于檢測脫靶插入和缺失的極少量的脫靶效應。研究人員發現，基因組編輯的脫靶效應其發生的機制比預期更復雜。因此，開發脫靶效應特異性分析以定義每個基因組編輯的全基因組特異性變得更加重要。

　　隨著測序技術的發展，我們將面臨一系列單細胞測序及分析的機遇和挑戰，以發現新的細胞集群及亞型、內部異質性、新的診斷標志物和治療靶標。必須在單細胞水平上定義基因編輯細胞的脫靶效應的異質性，尤其是在細胞簇的發育和形成過程中。除基因編輯細胞本身的脫靶效應外，由脫靶效應引起的相關調節因子的基因序列、結構、維度和功能的改變也可能影響基因編輯細胞、基因之間的細胞間通訊和相互作用。

　　總而言之，源于基因組編輯設計過程的非特異性遺傳修飾的脫靶效應，將成為基因科學和新一類醫學的新學科。