當正常細胞發生基因突變，失去正常功能且開始不受限制地生長，就變成了癌細胞。科學家們已經發現了不少驅動腫瘤生長的基因，但缺乏干預它們的手段。近日一項最新研究為徹底清除這些攜帶致癌突變的細胞提供了新的解決思路。
該研究發表在《自然》（Nature）雜誌上，由2020年諾貝爾化學獎得主Jennifer Doudna領導的團隊完成。研究團隊巧妙地利用了一種名為CRISPR-Cas12a2的酶，將其轉化為精准殺傷癌細胞的“武器”。當該酶檢測到癌細胞特有的基因突變特徵時，會直接粉碎細胞內的染色質，從而誘導癌細胞死亡。
在癌症的發生發展中，驅動基因的變異通常分為兩類：一類是原癌基因的過度啟動，另一類是抑癌基因的突變失活。目前的靶向藥物大多針對前者，通過抑制劑來阻斷過度活躍的蛋白功能。然而，對於抑癌基因的功能缺失性突變，傳統藥物往往束手無策。
以人類癌症中最常見的突變基因TP53（編碼p53蛋白）為例，該突變在卵巢癌和胰腺癌等腫瘤中的出現頻率高達90%。自被發現以來的40多年裡，科學界始終未能開發出針對突變p53蛋白的有效靶向藥物。這些突變蛋白表面缺乏穩定的結合“口袋”，傳統的小分子藥物無法牢固地附著其上以發揮調控作用。
Jennifer Doudna因開發基因“剪刀”CRISPR-Cas9而獲得諾獎。在該研究中，她的團隊也採取了基因編輯的思路：既然無法修復或抑制突變的蛋白質，不如直接將攜帶這些突變基因的細胞徹底清除。
研究者們找到了一種新的基因編輯工具CRISPR-Cas12a2。它是一種核酸酶，原本是細菌用來抵禦病毒入侵的免疫工具。當這種酶識別到入侵病毒的RNA後，會開始無差別地切割周圍的RNA和DNA，導致染色質（細胞核內由DNA和蛋白質組成的複合體）被徹底粉碎，從而殺死被感染的細胞。
該研究指出，這種強大的破壞力如果加以精准控制，完全可以成為清除惡性腫瘤細胞的利器。雖然癌細胞並不是由外來病毒感染形成，但會轉錄出正常細胞所沒有的突變RNA，這為Cas12a2提供了觸發的可能。
為了驗證這一設想，研究團隊為Cas12a2設計了特定的嚮導RNA（gRNA），使其專門識別包括TP53、EGFR突變以及MYC等致癌基因異常高表達的RNA轉錄本。
在體外細胞實驗中，研究人員通過螢光標記和活細胞成像技術觀察到，Cas12a2表現出了極高的特異性。例如，針對EGFR缺失突變和極具挑戰性的TP53單核苷酸變異（SNV），Cas12a2僅在檢測到突變RNA時才會被啟動。一旦啟動，癌細胞的細胞核便開始碎裂或異常膨大，顯示出嚴重的DNA損傷並最終停止生長走向死亡，而健康細胞則毫髮無損。
隨後，研究團隊將這一療法推向了動物模型。他們將編碼Cas12a2的mRNA和嚮導RNA包裹在脂質納米顆粒（LNPs）中，注射到患有肝癌和肺癌的小鼠體內。結果顯示，該療法顯著縮小了小鼠的肝臟腫瘤體積，延緩了肺癌的進展，甚至推遲了腫瘤向身體其他部位的轉移，且未在小鼠體內觀察到明顯的毒副作用或組織損傷。
該療法成功繞過了傳統藥物必須與蛋白質結合的物理限制，只要檢測到突變的RNA即可觸發殺傷機制。它還具有高度的可程式設計性，科學家只需替換嚮導RNA的序列，就能快速針對不同的癌症突變開發出新的治療方案。
作者們也指出，這種新興療法具體療效還需要進一步研究。研究團隊在對小鼠組織進行深入分析時發現，治療組殘存癌細胞中的TP53表達水準出現了顯著降低，這說明腫瘤細胞可能會通過下調靶標RNA的轉錄水準來逃避Cas12a2的識別，這可能是未來該療法產生耐藥性的一種潛在途徑。
參考文獻：
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