“如果這項技術得以推廣，可以讓全球上百萬失明者重見光明。”介紹最新成果時，武漢科技大學“80后”教授姚凱如是說。
2019年，他向一批特殊的小鼠眼底注射了一種新型基因藥物。這些小鼠剛剛出生14天，看起來和普通小鼠沒什么不同，但它們基因中埋藏的定時炸彈即將啟動。如果沒有任何干預，2天后，它們視網膜上的兩種感光細胞就會開始陸續死亡，到40天左右將完全失明。人類一旦遭遇這種由基因突變導致的視網膜色素變性，則往往會在2歲左右發病，最快一年之內失明。
(資料圖片僅供參考)
40天過去了，120天過去了，240天過去了……作為對照，沒有接受基因藥物注射的眼疾小鼠早已失明。而接受了基因治療的眼疾小鼠則依然視力正常，能夠在復雜的迷宮里穿梭自由。此時它們的年齡大約相當于40歲左右的成年人。
近日，這項成果發表在國際知名期刊《實驗醫學雜志》。
同期雜志上，美國科學院院士、眼部疾病專家Krzysztof Palczewski和加州大學歐文分校的基因編輯專家Samuel W.Du聯合發表了署名評論文章。他們寫道：“這項基因編輯工具的適用性遠遠超過了眼睛。可以想象，它可以應用于幾乎所有已知的人類遺傳疾病。”
著名美籍華裔基因編輯專家劉如謙連續兩次轉發了這篇論文，稱這項研究“有效糾正了視網膜中的Pde6b基因，保護了光感受器，挽救了視覺功能”。
追光者：工作曾入選“2018年世界十大科技進展新聞”
這不是姚凱第一次幫患有遺傳性眼病的小鼠找回光明。
2018年，他作為第一作者發表在《自然》上的一項成果，利用首創的干細胞療法讓先天性眼盲的小鼠第一次看到了世界。這項成果在當時引起了廣泛的社會反響，還入選了由中國科學院與中國工程院兩院院士評選的“2018年世界十大科技進展新聞”。姚凱也因此在媒體報道中被稱為“追光者”。
姚凱 受訪者供圖（下同）
姚凱是在美國耶魯大學做博士后時開啟這項工作的。作為一個神經生物學與干細胞生物學研究者，他了解到全球有上億人由于罹患神經退行性疾病，造成視力損傷并最終致盲，而臨床上長期缺乏有效的治療手段。自此，他就把攻克這些眼病作為自己的科研夢想。
2017年，姚凱結束博士后的研究工作，回到家鄉武漢，入職武漢科技大學，并繼續完成了這項后來發表在《自然》上的重大成果。
在這篇論文中，姚凱突破了“神經細胞難以再生”的技術瓶頸，用一種特殊的成體干細胞分化出與天然視桿細胞幾乎一模一樣的細胞，從而幫助小鼠重獲光明。
時隔5年的兩項研究，乍看起來非常相似，那它們有什么區別和聯系呢？
姚凱解釋，雖然同樣是罹患視網膜色素變性，但兩次研究的小鼠基因突變位點不同，癥狀也有所區別。《自然》論文中的小鼠一出生就沒有視力，《實驗動物學雜志》論文中的小鼠則是一開始能看到，病情會隨著時間推移而迅速發展，直至失明。最核心的區別則在于治療小鼠的科學方法：前者屬于干細胞治療，后者屬于基因治療。此外，最近發表的這項成果也是他入職武漢科技大學后，首個完全在國內完成的重要工作。
“相對而言，基因療法比干細胞療法要更安全、更成熟一些。更重要的是，這次開發的新型基因編輯工具不僅能用于眼病，還能用于更廣泛的人類遺傳疾病治療。”姚凱說。
新型基因編輯工具：幾乎可以應用于所有遺傳疾病
在全世界，基因編輯療法都是一個備受關注的新興領域。2019年，美國食品藥品監督管理局（FDA）批準了世界上首例直接在人體內使用的CRISPR/Cas9基因編輯療法的臨床試驗，應用于治療萊伯氏先天性黑蒙癥。這個案例也讓越來越多基因編輯領域的科學家聚焦到眼科疾病的治療上。
但很多眼科疾病都有非常復雜的遺傳基礎。以視網膜色素變性為例，這種疾病可能涉及上百種基因，而每一種基因中又有多種不同的突變，這對傳統的基因編輯工具來說是非常嚴峻的挑戰。
“傳統的基因編輯技術至少有兩大局限。”姚凱解釋道，“首先是只能編輯單個堿基，一旦有些基因突變涉及多個堿基位點，就束手無策了；第二是只能在特定位置，也就是我們所說的PAM序列上進行編輯，但并不是所有致病的基因突變都涉及PAM序列。”
此次，姚凱團隊開發出的新型基因編輯技術——PESpRY，最大的優勢就是突破了上述兩大局限，能在全基因組上不受限制地進行編輯。
在這種新工具的幫助下，姚凱團隊首次在哺乳動物的視網膜神經細胞中實現了基因組編輯。而他們清楚，這項技術的應用前景遠不僅限于此。
“除了極少數情況，例如基因組出現拷貝數變異和大規模結構重排外，這項基因編輯工具幾乎可以應用于所有的人類遺傳疾病。”美國科學院院士、眼部疾病專家Krzysztof Palczewski和加州大學歐文分校的基因編輯專家Samuel W.Du在評論文章中表示。
Samuel W.Du、Krzysztof Palczewski評論文章
與此同時，兩位專家也提醒，這項技術如果想安全地應用于臨床，還需要密切關注潛在的基因編輯脫靶風險。
這也正是團隊下一步要努力的方向。“我們準備通過大量的實驗，把脫靶效應降到最低，直到可以忽略不計。”姚凱說，“我們希望能在不久的將來解決這個問題。”
扎根地方高校，繼續追尋夢想
2017年姚凱回到武漢時，有多所高校向他伸出了橄欖枝，其中也包括一些“雙一流”高校。他之所以選擇武漢科技大學，是因為“這里能給我最好的科研條件”。
“學校專門為我們成立了‘視神經科學與干細胞工程研究院’，批準了將近500平方米的實驗區域，這讓我有機會組建更大的團隊，也有足夠的空間來建設用于觀測動物行為的暗室，這都對我的科研工作起到了非常大的助力。”姚凱說。
在這里，姚凱建立了一個非常年輕的科研團隊，這篇論文的4名一作都是“90后”博士生：覃歡主要負責分子與細胞實驗以及高通量測序；張文良負責制造和包裝基因編輯工具，在不斷的改進優化中突破著技術上的壁壘；張士堯主要負責開展動物行為學試驗，一天有超過12個小時要待在漆黑的房間里與小鼠作伴；馮源主要負責數據處理和統計；而對操作手法要求最高的小鼠眼底注射實驗，則都由姚凱親手完成。
四名共同一作（從左至右：覃歡、張文良、張士堯、馮源）
“我們在開展這項研究的過程中，因為疫情遭遇過實驗停擺的困境，也為了保證實驗的延續性連續2、3年沒有回家。但結果出來了，就覺得一切都是值得的。”覃歡笑道。
姚凱非常期待有一天，自己的成果能真正走上臨床，“幫助更多人找回光明，成為一名真正的追光者。”
姚凱團隊合影（前排左五為姚凱）
（本報見習記者李思輝對此文亦有貢獻）
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