科技日報記者 張夢然
RNA會迷路嗎？
當(dāng)人體內(nèi)神經(jīng)元受損時，RNA片段會產(chǎn)生可幫助修復(fù)損傷的蛋白質(zhì)。但在患有“漸凍癥”和脊髓性肌萎縮癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病，以及脊髓在遭受損傷時，把完成修復(fù)工作所必須的RNA轉(zhuǎn)移到細胞內(nèi)受傷部位的機制是失效的。
換句話說，RNA分子“迷路了”。它們無法到達需要的地方，這時損傷就成了永久性的。
但現(xiàn)在，美國斯坦福大學(xué)研究人員開發(fā)出一種“基因魔剪”（CRISPR）新技術(shù)，可將RNA運輸?shù)缴窠?jīng)元內(nèi)特定位置，在那里它可以“重整旗鼓”，修復(fù)甚至再生細胞的部分區(qū)域。這項工作得到了美國國立衛(wèi)生研究院的支持，為被稱為“空間RNA醫(yī)學(xué)”的新型療法奠定了基礎(chǔ)。
這也意味著，憑借“空間RNA醫(yī)學(xué)”提供的體內(nèi)“郵政編碼”，能實現(xiàn)“按圖索驥”治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病和創(chuàng)傷性損傷。
CRISPR變身“郵遞員”
你也許沒有想到，人體中最長的細胞就是神經(jīng)元——單個神經(jīng)元可能超過1米長，而衰老、受傷和突變都會破壞它在如此長的距離內(nèi)運輸微小RNA的能力。
近年來，研究人員逐漸意識到，RNA在細胞內(nèi)的分布（即特定分子所在的位置），可能與其功能同樣重要。因此人們要實現(xiàn)治療的目的，不僅需要了解RNA在細胞內(nèi)部的重要工作，還要在需要的位置，精準(zhǔn)定向放置RNA。
“如果治療性RNA沒有到達需要的地方，那一切都無濟于事?！彼固垢４髮W(xué)生物工程副教授、《自然》雜志研究論文資深作者齊磊說，他們一直在思索“究竟能不能創(chuàng)造一種技術(shù)，能讓RNA可靠地移動到它需要發(fā)揮作用的地方？”
鑒于此，研究人員首次利用CRISPR技術(shù)創(chuàng)建了一個精確的空間“郵政編碼”。在這里，CRISPR變身“郵遞員”，將RNA分子準(zhǔn)確地運送到細胞內(nèi)需要的位置。齊磊這樣形容它：“想象一下，醫(yī)生們能專門針對神經(jīng)元內(nèi)受損的位點，精確修復(fù)并促進它們再生，這就是最新技術(shù)實現(xiàn)的奇跡?！?/p>
精準(zhǔn)“投遞”RNA
齊磊和團隊使用了一種名為CRISPR-Cas13的基因編輯工具，靶向單個RNA片段。這與更廣為人知的靶向DNA的CRISPR-Cas9有很大差異。通常，CRISPR用于切割和編輯遺傳密碼，但在這項研究中，研究人員并不打算進行任何修改。他們只是想將現(xiàn)有的RNA移動到細胞內(nèi)的特定位置。
“Cas13就像一把剪刀，但我們把它設(shè)計成像郵遞員一樣?！饼R磊解釋道，“然后我們直接‘告訴’它：去把RNA從精確位置A帶到另一個精確位置B?！?/p>
這需要研究人員將Cas13與充當(dāng)?shù)刂返奶囟ǘㄎ恍盘柵鋵Γ甘綜as13將RNA遞送到那里。細胞內(nèi)的每個位置都有自己的“地址分子”，因此他們可通過向細胞中添加不同的分子，來將RNA引導(dǎo)到不同的位置。
全新的基于CRISPR的“RNA投遞系統(tǒng)”就這樣完成了。它實現(xiàn)了前所未有的精度和可控性，標(biāo)志著RNA醫(yī)學(xué)邁入了一個全新的時代。
開啟“空間RNA醫(yī)學(xué)”新階段
截至目前，研究人員已經(jīng)使用他們命名為CRISPR-TO的技術(shù)，篩選了數(shù)十個RNA，測試其是否有助于神經(jīng)元生長。
他們在培養(yǎng)皿中將CRISPR-TO添加到大腦神經(jīng)元中，在這個實驗里，RNA分子被帶到神經(jīng)突的尖端——形成突觸并連接到其他神經(jīng)元的手指狀突起。研究人員發(fā)現(xiàn)了幾個有前途的候選分子，包括一種神奇的RNA分子，它在24小時內(nèi)使神經(jīng)突的生長增加了50%。
更多可促進神經(jīng)突生長和再生的RNA靶標(biāo)正在出現(xiàn)。研究人員還在CRISPR工具箱中添加了一種新工具，用它來控制細胞內(nèi)的RNA定位，這是以前從未實現(xiàn)過的。
這是屬于“空間RNA醫(yī)學(xué)”的獨特方式。它為治療神經(jīng)退行性疾病開辟了新的治療方向。現(xiàn)在，研究人員已開始使用CRISPR-TO篩選其他RNA分子，以確定哪些最能有效修復(fù)動物和人類神經(jīng)元中的損傷。
“我們正處于了解RNA空間組織如何幫助大腦修復(fù)的開始階段。”齊磊說，“這項技術(shù)能讓人們清楚知道，一種療法想要效果更好，關(guān)鍵需要哪些RNA?！?/p>
與此同時，新技術(shù)也可用于精準(zhǔn)控制RNA藥物，使其更安全、更高效。
這種“按圖索驥”的潛力讓研究人員興奮不已——一個分子僅僅存在于細胞中是不夠的，科學(xué)家需要它在正確的時間出現(xiàn)在正確的位置。
而借助精確、可編程的新技術(shù)，現(xiàn)在人們可以靶向任何細胞中的任何RNA，并將其帶到人體內(nèi)最需要它的“戰(zhàn)壕”去。
