流感来势汹汹，基因剪刀CRISPR或许能将其制服

基因编辑技术CRISPR最为人熟知的是为罕见病提供突破性新疗法，通过调整或敲除致病基因来治疗镰状细胞贫血、血友病等疾病。但墨尔本彼得·多尔蒂感染与免疫研究所的赵博士及其同事构想了它的新应用。他们认为，CRISPR可被定制用于研发新一代流感治疗方法，无论是每年困扰南北半球的季节性流感毒株，还是可能引发下一次大流行的鸟类及其他野生动物中令人担忧的新变种。

CRISPR能编辑所有生物细胞内的遗传密码——即让生命成为可能的“生物 instruction手册”。这意味着它有多种形式，最著名的是由Cas9酶介导的版本，可通过切割DNA链来修复基因中的错误或突变。但像赵博士这样的病毒学家对Cas9不太知名的“表亲”Cas13酶更感兴趣，它能对RNA进行同样的编辑。在人体细胞中，RNA分子负责将DNA的指令传递以合成蛋白质，而流感病毒的遗传密码完全由RNA链构成——这正是Cas13可利用的弱点。“Cas13能靶向这些RNA病毒并使其失活。”赵博士解释道。

人体细胞不会自然产生Cas9或Cas13，这两种酶都存在于细菌和称为古菌的微生物的免疫系统中，在那里Cas13帮助它们 disable入侵的噬菌体病毒。赵博士和更广泛的科学家团队正在设计一种创新系统，将这种能力赋予人类。

他们的想法最初在实验室中被开发为新型新冠抗病毒疗法，如今计划研发一种鼻喷剂或注射剂，利用脂质纳米颗粒将分子指令递送至呼吸道中受流感感染的细胞。这是一个两阶段过程：第一种分子是mRNA，它指导细胞产生Cas13；第二种是所谓的引导RNA，它引导Cas13定位到流感病毒RNA代码的特定部分。“然后Cas13切割病毒RNA，破坏病毒的复制能力，从基因层面有效阻止感染。”该项目负责人、彼得·多尔蒂研究所的传染病医生莎伦·勒温说。

虽然该技术的主要目标是用于遏制短期感染，但赵博士还设想将这种喷剂用于预防感染，例如在流感毒性特别强的季节。“基本上，你是在让呼吸道细胞准备好产生Cas13，作为第一道防线。”他说，“这就像军队——让士兵们全副武装，随时准备迎敌。”

这个想法的主要吸引力在于，通过引导RNA，Cas13可被设计成靶向流感遗传密码的“保守区域”。这些已知的RNA片段几乎存在于所有流感毒株中，对病毒的生存至关重要。而达菲等传统抗病毒药物仅针对特定流感毒株，病毒很快就会产生耐药性。

CRISPR-Cas13是所谓的泛流感抗病毒药物中最领先的创新之一，但也有其他方法。单克隆抗体也被设计用于靶向流感遗传密码的保守区域，而另一些药物则旨在增加干扰素的产生——干扰素是人体内置的警报系统，能信号免疫细胞攻击入侵病原体。

仅甲型流感每年就导致1.2万至5.2万美国人死亡（具体数字取决于流感季节的严重程度），显然需要更好的替代疗法。但正如杜克大学分子遗传学和微生物学教授尼古拉斯·希顿所指出的，在任何CRISPR-Cas13鼻喷剂或注射剂投入使用之前，仍有许多障碍需要克服。“我喜欢这个想法，但它（仍然）是将细菌的外来蛋白质注入人体。”他说，“那么人体会对它产生免疫反应吗？”希顿还警告了“脱靶效应”——即CRISPR疗法可能意外攻击人体自身RNA以及入侵病毒的风险。

哈佛大学怀斯生物启发工程研究所已进行了一项早期安全性评估，科学家们利用人类肺细胞和血管细胞制造了“芯片肺”。在严重流感感染中，流感病毒会入侵并在称为肺泡的微小气囊内复制，因此这是一个有用的模型，可用于研究让这些细胞产生Cas13酶是否有助于对抗严重流感。

该研究所创始所长、“芯片肺”模型的先驱唐纳德·英格伯表示，研究表明，Cas13驱动的细胞能够对抗多种流感毒株——从引发2009年猪流感大流行的H1N1毒株，到今年冬天导致毒性特别强的季节性流感爆发的H3N2毒株。不仅如此，似乎没有产生不良后果。“我们没有发现任何脱靶效应，这太神奇了。”英格伯说，“我们不仅抑制了病毒复制，还抑制了组织感染时分泌的介导炎症的分子。”

尽管如此，科学家们仍持谨慎态度。英格伯表示，找到一种方法将含有制造Cas13指令的脂质纳米颗粒直接递送至肺深部的肺泡细胞并非易事。希顿还指出，任何直接靶向病毒的抗病毒药物都可能促使病原体进一步突变，即使它靶向的是病毒遗传密码中看似不可或缺的部分。“通常，我们发现大自然总有办法。”他说，“就像老版《侏罗纪公园》电影里那样。”

希顿也在研究利用CRISPR力量靶向流感的其他方法。另一个想法可能是进行“防御”，利用Cas9酶调整我们自己的遗传密码，使我们对流感更具抵抗力。“我们体内都有正在表达的基因，让病毒能够进入细胞并复制。”他说，“但如果我们能找到一个病毒真正需要的关键遗传因素，然后稍微调低它的表达呢？在我们的生物学中，有没有什么东西是我们可以少一点，但流感却不行的？”

为了探索这一点，科学家们一直在进行一系列艰苦的实验。包括希顿实验室在内的研究小组取出人类细胞，用Cas9一次敲除一个基因，然后观察流感病毒是否仍能杀死这些细胞。这已经带来了一个关键发现：流感依赖于一个名为SLC35A1的基因，该基因确保我们细胞表面存在某些糖分子。希顿表示，这个基因是流感的“阿喀琉斯之踵”。“流感利用这些糖作为受体。”他说，“理论上，如果你能制造这种基因的抑制剂，让人们吸入，基本上就能阻止所有流感。”

当然，考虑到哺乳动物和流感已经进行了数百万年的生物军备竞赛，如果人类可以在没有SLC35A1的情况下生存，进化可能早已淘汰了这个基因。然而，希顿并未排除更微妙的方法。“如果我们不完全消除这个基因呢？”他说，“如果我们只是在身体的特定部位暂时消除或减少它的表达，能被容忍吗？这些技术仍处于非常早期的阶段，但我喜欢这种寻找能限制病毒能力的基因，然后尝试看看是否安全的想法。”