长期以来，腺相关病毒载体（AAV）由于具有长期潜伏于人体而不表现出任何明显致病性的优点被公认是目前最理想的基因治疗基因载体。然而，近年来不断有声音提醒，这一看似安全的疗法或许存在着致命的风险。 当地时间12月22日，《Science》发布了一篇题为“Liver tumor in gene therapy recipient raises concerns about virus widely used in treatment”的文章再次印证了这一观点。报道称，荷兰生物制药公司uniQure的一项针对B型血友病的基因疗法被美国FDA叫停，起因是接受治疗后该患者患上了肝细胞癌。 doi：10.1126/science.abg2917 处于舆论中心的是一种基于AAV5病毒载体的基因疗法，该疗法此前曾被FDA授予突破性疗法称号以及EMA授予优先药品（PRIME）称号。从此前的临床数据来看，这一疗法疗效颇佳。 2019年uniQure公司曾在第27届国际血栓和止血学会（ISTH）上分享了该疗法的2期临床数据，显示三名患者在治疗36周后FIX活性高达正常值的54％，平均值为正常值的45％。 此次遭到搁置的3期临床实验涉及54名患者。在刚刚过去的第62届美国血液病学会年会上，uniQure公司分享了初期实验数据，显示在给药26周后，患者FIX水平从≤2％提高至37.2％，达到试验主要终点，接受一次性基因治疗6个月后，重症患者似乎已经转变为功能性治愈状态。 根据此次uniQure发表的声明，有理由相信可能是患者体内的潜在疾病使他患上癌症。据介绍，这位肝癌患者25年前曾经感染了乙肝病毒和丙肝病毒，而这些病毒的慢性感染与80%的肝细胞癌有关。尽管如此，但是更重要的问题是要确定AAV基因治疗是否与此次事件有关，或者说促进了患者肝癌的发生。 2020年11月，《Nature Biotechnology》发表了一篇题为A long-term study of AAV gene therapy in dogs with hemophilia Aidentifies clonal expansions of transduced liver cells的研究论文。文章提到，在对9只A型血友病犬进行AAV基因治疗10年后，竟然发现AAV病毒携带的治疗性基因片段有些被整合到了狗的染色体上控制生长的基因附近，显示有诱发癌症的可能性。 https://www.nature.com/articles/s41587-020-0741-7 在此之前，AAV血液病基因疗法已经显示出可能存在肝受损风险。2001年，费城儿童医院开展的AAV2（载有FIX基因）的临床试验中就报道出了肝脏受损情况，其他类型AAV载体的临床试验中也同样也出现了这种情况。 加拿大女王大学的血友病研究者David Lillicrap说：“尽管这名肝癌患者接受治疗的时间较短，将患癌症原因归咎于AAV基因治疗似乎不太合理，但是如果患者体内已经产生了一个缓慢生长的肝脏肿块，那么AAV可能会以一种能够刺激癌细胞更快生长的方式插入到他的肝细胞的DNA中。” 这或许也是uniQure这项研究的不足之处，并没有将既往HCV和HIV感染者排除在外。目前该公司正在与FDA展开合作，对这一事件背后的起因展开调查，预计2021年初将获得调查结果。 查看详细>>

在海底原本充满活力的沙漠中，研究人员发现了可以收集微生物能量的绿洲。值得注意的是，微生物首先必须在饥饿的条件下埋葬80,000年。一个国际研究人员小组，其中包括莱顿大学环境科学研究院(CML)的JoséMogollón，已在PNAS上发表了这一发现。 研究人员研究了格陵兰/挪威海中Scalindua属的微生物。该物种的微生物能够在被埋葬后很长一段时间内重新激活并增加其种群数量超过4个数量级。 代谢活动降至最低 在地球海底面积超过360,000,000 km 2的每一英寸上，都有成千上万的微生物细胞遍布。随着时间的流逝，由于颗粒不断从上方降雨，它们被深埋在沉积物中，成为了深层沉积生物圈的一部分。一旦切断了来自地表世界的粮食供应，能量的深度就会越来越有限，结果，人口将慢慢屈服于恶劣的环境，并随着时间的流逝逐渐减少。在这里，新陈代谢活动被减慢到绝对最小值，几乎没有足够的能量维持基本的细胞。因此，生存成为持久性和毅力的问题，而不是成长。在发表的新研究中然而，PNAS的研究团队描述了一小部分在厌氧条件下通过氧化铵而获得能量的有机体，即厌氧氨氧化镁，是该一般规则的一个例外，并且在不利条件下经过很长一段时间后设法增殖。 80,000年经历地狱 卑尔根大学(挪威)深海研究中心的资深作者Steffen L.Jørgensen说：“这些细胞能够承受的作用确实非常令人惊讶。他继续解释说：“从斯卡林杜阿细胞沉积到海底的那一刻起，它们就发现自己处于恶劣的环境中，条件远非最佳条件。事实上，表面的氧气对它们可能是致命的杀伤力。游离氧抑制了新陈代谢，如果这还不够的话，它们的食物来源(铵和亚硝酸盐)非常稀缺，沉积在海底之后，他们必须在长达80,000年的旅程中度过难关，而缓慢的埋葬是一个地方的便利那是有毒的，基本上没有他们可以使用的任何能源。直到那时，它们才足够深地进入沉积物中，到达能量丰富的区域，其中硝酸铵和硝酸盐的流量会合，即硝酸铵过渡区域(NATZ)。在这里，到达这个深度的几个单元开始增长，人口规模增加。但是，由于该区域本身随时间推移相对于表面保持在固定深度，因此它们在NATZ中的停留时间受到限制，而由于无情的埋葬过程，微生物将被更深地掩埋。从原则上讲，这些细胞已经经历了八万年的艰辛，最终到达一个可以为他们提供适当食物的地方，结果发现自己在开胃菜后被踢出家门。” 异常结果 研究人员的发现是一个很好的例子，说明当被追求时，异常值很容易被拒绝，因为异常值会导致新的见解。主要作者赵瑞(Rui Zhao)描述了他如何观察到教科书知识无法解释的深度细胞丰度的增加。瑞说：“多年来，我们已经收集并分析了许多沉积物核心，我经常看到在含氧区以下的细胞数量意外增加，这使我感到困惑。”在与莱顿大学的合作者和合著者JoséMogollón一起研究了地球化学背景数据之后，研究小组发现，斯卡林杜瓦的丰度升高与氮的还原和氧化物种相遇的深度处的可利用能源增加相吻合。” 遗传解释 研究人员留下的显而易见的问题之一是，哪些特性使这些微生物能够在非常不利的条件下存活如此长时间。为了进一步研究，他们对这些生物的整个基因组进行了测序，并将其与地表亲戚的基因组含量进行了比较。维也纳大学(奥地利)的研究员索菲·艾比(Sophie Abby)说，他们发现生物体具有特定的基因，可以使它们利用不同的含氮化合物来获取所需的铵盐。内容以及Christa Schleper教授。“此外，他们不可能利用除厌氧氨氧化之外的其他反应来获取能量， 人口动态毕竟不是那么简单 当被问及发现的后果时，赵瑞提到：“这对于我们如何理解深层生物圈中的种群动态具有重要意义，而深层生物圈在很大程度上被认为是不同微生物群在可变时间范围内生存能力的函数。尽管这种情况可能仍然存在，但研究表明，这种观点毕竟可能并不那么简单，而且非常重要的是，这些微生物在调节两种重要营养素以氮素形式通过海底的通量中起着重要作用。以及强大的温室气体CO 2。”他通过提醒我们跟进，高能NATZ并不是特定研究地点所独有的，而是似乎广泛存在于地下，因此在全球范围内具有重要的环境意义。 约根森渴望了解更多关于这些微生物在全球范围内对环境的重要性，他认为这项最新研究是提供此类信息的第一步。他说：“还有很多问题需要解决。”“例如，其他微生物如何从能源和生物量的增加中受益?或者这些微生物对能源格局变化的反应有多快，它们的增长率是多少?此外，我们想进一步研究其他高能区下入沉积物，其中的能量如果您有合适的代谢机器来收集它，也可以使用，这也可能会影响地表和地下世界之间的通量。这些都是我们要研究的方面。” 查看详细>>

随着时代的发展，高脂饮食及其造成的肥胖已经逐渐成为危害健康的一大杀手。肥胖不仅会引起多种代谢性疾病（如2型糖尿病），也是心血管疾病、癌症等多种疾病的重要易感因素。事实上，我们关注最多的还是脂肪细胞在其中的变化和作用，这也是进一步研究肥胖的基础。 2020年12月29日，《细胞—代谢》杂志在线发表了南丹麦大学研究人员题为“Plasticity of Epididymal Adipose Tissue in Response to Diet-Induced Obesity at Single-Nucleus Resolution”的合作研究。这项研究首次应用单细胞测序技术揭示了在饮食诱导的肥胖中附睾脂肪组织的可塑性。 DOI:10.1016/j.cmet.2020.12.004 研究人员使用高脂饮食（HFD）诱导小鼠肥胖，随后利用单细胞测序技术解析了其附睾白色脂肪组织（eWAT）包含的主要细胞类型。他们将巨噬细胞亚群分为血管周样巨噬细胞（PVM）、非血管周样巨噬细胞（NPVM）、脂相关巨噬细胞(LAM)和增值性脂相关巨噬细胞(LAM)。结果显示，巨噬细胞是eWAT中的主要免疫细胞，HFD诱导的肥胖导致LAM和p-LAM增加，而PVM和NPVM减少。 肥胖时eWAT中免疫细胞的组成 与此同时，研究人员还发现，肥胖引发间皮和内皮细胞群细胞因子水平增加，提示HFD诱导的肥胖导致了间皮和内皮亚群的炎症状态。并且，在eWAT中存在4种纤维成脂肪祖细胞，而高脂诱导的肥胖导致前脂肪细胞比例显著增加。也就是说，HFD诱导了纤维成脂肪祖细胞向前脂肪细胞表型转化。 肥胖时纤维成脂肪祖细胞向前脂肪细胞表型转化 总而言之，研究人员认为肥胖时脂肪源性脂肪细胞(LGA)亚群的消失是脂肪细胞可塑性的结果，而不是凋亡或坏死造成的。同时，肥胖已被证明可诱导参与WAT巨噬细胞增殖，但其巨噬细胞特异性基因下调而脂质处理基因急剧增加。研究提供的这些数据为将来的脂肪细胞分化和脂肪组织可塑性研究奠定了基础。 查看详细>>

「砒霜」，是一种闪耀在世界历史与文学作品中的物质，一直被认为是毒药的代名词。在古代，它廉价易得，急性中毒后又没法抢救，因而被广泛使用，可以说是跨越了阶层、地域与时空的「经典毒药」。 从《水浒传》中的武大郎，到拿破仑与他的老对手英国国王乔治三世，再到清末的光绪帝。他们的死亡，与砒霜都脱不了关系。 作为一种毒药，砒霜也是各个国家的传统医学中的重要组成部分。在青霉素出现之前，治疗梅毒的一线药物就是砒霜，疯王乔治三世砒霜中毒的原因，也是因为他患有的精神问题需要砒霜来治疗。 我国文化中自古以来就有「以毒攻毒」的理念，对「砒霜」的药用价值也早有研究。但真正将砒霜入药带入现代医学的，还要从几个中国学者说起。 砒霜抗癌第一战 1971年，在哈尔滨医科大学附属第一医院工作的张亭栋从同事韩太云得知到一个治疗淋巴结核的老方，老方中含有用含砷、汞和蟾毒等多种剧毒物质。这个方子在民间也被用来治疗癌症。 张亭栋也发现这个药方中的砒霜，也就是三氧化二砷（以下简称ATO），是该方中唯一有效的治疗性分子，汞和蟾毒反而会导致严重的副作用。 图片来源：知网 1973年，张亭栋与韩太云在当地的《黑龙江医药》发表了一篇题为《「癌灵注射液」治疗6例白血病初步临床观察》的论文[1]。 在该论文中，张亭栋与合作者们首次用现代医学的检验方法评估了由ATO与汞组成的「癌灵注射液」（癌灵1号）对白血病的治疗作用。这篇一开始没引起太多人注意的论文，却为血癌治疗领域打开了一扇全新的大门。 随后的几年中，张亭栋先后发表了数篇临床研究论文，并将白血病的范围进一步细分到了急性白血病，并报道了使用癌灵1号能够实现完全缓解。 图片来源：知网 在1979年一篇发表在《黑龙江医药》题为《癌灵一号注射液与辩证论治治疗急性粒细胞型白血病》的研究中[2]，张亭栋与合作者对55名急性粒细胞白血病患者的治疗效果及性能进行了分析，发现癌灵1号的总缓解率为70%，甚至有12例达到完全缓解。这是非常惊人的疗效。 图片来源：知网 随后的十余年中，张亭栋将砷剂的适应症扩展到了急性非淋巴细胞性白血病，并最终发现，砷剂对急性早幼粒白血病（APL）的疗效极佳，完全缓解率过半。1992年发表在《中国中西医结合杂志》的题为《癌灵Ⅰ号结合中医辨证治疗急性早幼粒细胞白血病32例》的论文[3]，就报道了相关临床实验的结果。该结论后续也得到其他研究的证实。 但遗憾的是，由于所有论文都是发表在中文期刊上，张亭栋的研究并未引起全球医学界的关注。与之形成鲜明对比的，是几乎在同一时间被国际医学界发现的全反型维甲酸（ATRA）。ATRA在上海第二医学院王振义团队的研究中，被发现拥有治疗APL的优秀疗效，因为相关论文发表在英文期刊上，也得到国际学术界的广泛好评。 直到1996年，ATO走出国门的事情才出现转机。 走出国门 1994年前后，刚刚回国不久的陈竺教授夫妇注意到了张亭栋的研究，并发现其蕴含的巨大潜力。他们认为这样的优秀的药物值得让全世界知道。两人遂开始合作，对ATO治疗APL进行了基础机制研究。 图片来源：Blood 1996年，二人合作在国际血液病顶级期刊Blood发表了题为In vitro studies on cellular and molecular mechanisms of arsenic trioxide(As2O3)in the treatment of acute promyelocytic leukemia:As2O3 induces NB4 cell apoptosis with downregulation of Bcl-2 expression and modulation of PML-RAR alpha/PML proteins的研究[4]，报道了砷剂治疗APL的分子机制。 该研究不仅开启了人类对ATO抗癌机制的探索，还终于让这一国产发现走向了世界。 图片来源：Science 该研究的发表，迅速在国际血液病领域引发了巨大的轰动。Blood论文发表的一天后，Science上就刊登一篇题为Ancient Remedy Performs New Tricks[5]的专题报道，将这份中国传统医学的「馈赠」推到APL治疗的风口浪尖。 图片来源：Blood 1年后，陈竺夫妇与张亭栋携手王振义，在Blood上同时发表了两篇题为Use of Arsenic Trioxide(As2O3)in the Treatment of Acute Promyelocytic Leukemia(APL):I.As2O3 Exerts Dose-Dependent Dual Effects on APL Cells[6]与Use of Arsenic Trioxide(As2O3)in the Treatment of Acute Promyelocytic Leukemia(APL):II.Clinical Efficacy and Pharmacokinetics in Relapsed Patients的系列临床研究[7]。报道了ATO在APL与APL复发患者中的神奇疗效。 这些论文在医学界引起了巨大的轰动，直接将砷剂带向了APL疗法研究的最前线。其分量之重，影响之大，从第二篇论文作者列表的三个中国工程院院士的名字中可见一斑。 砷剂，不只是血癌 随后的二十多年中，无论是国内ATO研究的「先行者」，还是世界上其他国家的「跟随者」，都开始对ATO的抗血癌机制展开了研究。也开始注意到砷剂的应用，远不止治疗APL这么简单。 在张亭栋和他的合作者最早期的研究中，就发现「癌灵一号」不仅对血癌有奇效，还能够治疗诸如淋巴瘤和食管癌的其他癌症。 进入二十一世纪后，各国的学者也发现了一样的现象。ATO在部分肝癌和多发性骨髓瘤中表现出一定的疗效。 让医学者苦恼的是，ATO在其他癌症的疗效飘忽不定，并不像它在APL中那样能够化腐朽为神奇。 如何让ATO更有效的帮助其他癌症的患者，成为了砷剂研究者们下一个需要解决的问题。而精准医疗概念的兴起，为砷剂研究者们指明了新的方向。 图片来源：Cancer Cell 2020年12月24号，来自上海交通大学瑞金医学的卢敏团队在Cell子刊Cancer Cell上发表了题为Arsenic Trioxide Rescues Structural p53 Mutations through aCryptic Allosteric Site的研究[8]，报道了ATO是如何通过砷原子填补明星抑癌基因p53的空腔，以维持后者的稳定，并恢复p53抑癌功能的全新机制。这意味着砷剂在治疗结构突变型p53癌症中具有巨大的潜力。 全世界一半的癌症患者具有p53突变，其中带有结构性突变的人群也不在少数。利用精准医疗，现代医学能够快速的识别出适合使用砷剂治疗的人，并造福广大的癌症患者。该发现也使得砷剂的未来，比APL更加广阔。 图片来源：未来科学大奖 2016年与2018年，砷剂先后获得了欧盟与FDA的批准，成为APL治疗的一线疗法。在2020年，在ATO与APL研究中作出突出贡献张亭栋与王振义共同获得了未来科学大奖，表达了中国科学界对砷剂的肯定。 我们也由衷的希望，这个来源于中国传统医学的药物，能够拯救更多患者的生命。 查看详细>>

1月5日，上海交通大学系统生物医学研究院的蔡宇伽团队在《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）杂志上发表了一篇题为：Lentiviral delivery of co-packaged Cas9 mRNA and aVegfa-targeting guide RNA prevents wet age-related macular degeneration in mice的研究论文，发明了一种介于病毒载体与非病毒载体之间的类病毒体（virus-like particle,VLP）递送技术。VLP可以递送CRISPR/Cas9 mRNA,实现安全和高效的体内基因编辑。 值得一提的是，该技术是我国首个完全自主开发的原创型基因治疗载体，体现了我国在基因治疗领域的科技进步。 自最早的基因编辑工具问世至今，基因编辑技术已经有近30年的历史了。特别是2012年以来，随着CRISPR的横空出世，基因编辑技术日渐趋于成熟。然而遗憾的是，相对于基因编辑工具本身的快速进化，其递送技术的发展极其缓慢和困难。而递送之于基因编辑治疗的重要性如同火箭之于登月。由于递送技术的滞后发展，体内基因编辑治疗的临床应用困难重重，整个领域都在期待递送技术的突破。 诺奖得主Jennifer Doudna在2020年初给Nature杂志撰写的综述中，系统论述了基因编辑治疗的前景和挑战。在展望CRISPR美好应用前景的同时，这位今年的诺奖得主发出了‘递送可能仍然是基因编辑体细胞治疗的最大瓶颈’的感叹（Delivery remains perhaps the biggest bottleneck to somatic-cell genome editing）。 近几年来，基因编辑工具本身的发展令人眼花缭乱，各种Cas9变体、碱基编辑工具及其变体、Prime Editor等，层出不穷。但是，这些工具的临床应用必须回归到递送，而迄今为止可选的递送工具还是有几十年历史的‘老三件’：AAV、慢病毒以及纳米材料。尽管这些递送载体广泛用于基础研究，但它们却不适合直接用于临床。基因编辑的临床应用有着安全性和有效性的双重标准。一方面，病毒载体由于长时间的表达基因编辑酶，会带来安全性上的不确定性；另一方面，纳米材料则面临效率上的挑战。 2020年上半年，张峰作为创始人的著名基因编辑治疗科技型企业Editas实施了首例人体基因编辑治疗的临床研究(Nature Biotechnology volume 38,page382(2020))。但由于该研究使用AAV作为载体，CRISPR将长期与患者共存，具有一定的风险。理想的基因编辑递送工具需要兼具瞬时和高效的特点，以确保治疗的安全性和有效性。 蔡宇伽教授说：“实现基因编辑酶在体内的瞬时递送是我们基因治疗科学家的终极梦想。有了这样的载体，我们可以最大限度地提高基因编辑治疗的安全性，也意味着基因编辑体内治疗离临床应用无限接近。然而，实现这个梦想并不容易，也几乎没有人相信可以成功。我从博士生时代开始尝试，到现在成为博士生的导师，经过10年的不断地探索与积累，直到最近才取得了核心突破。” 慢病毒载体可以高效感染几乎所有的细胞，而非病毒成分mRNA具有瞬时性的特点。蔡宇伽团队利用mRNA茎环结构与噬菌体衣壳蛋白特异识别的原理，通过病毒工程技术，将两者的优点完美的结合起来，创造了新型递送技术VLP-mRNA。通过VLP-mRNA递送Cas9 mRNA,Cas9的存在时间只有72小时。研究发现，与长时间表达Cas9的病毒系统相比，VLP mRNA可以显著降低、甚至完全避免脱靶效应。另外，VLP mRNA可以递送整个CRISPR元件（Cas9与gRNA），克服了AAV载体运载能力小的限制，甚至可以递送更大的碱基编辑工具。 蔡宇伽团队研究人员还将VLP-mRNA技术用于眼科疾病的治疗。老年性黄斑变性（AMD）是一种退行性眼底疾病。患者表现为中心视力下降、视物变形、周边部或中心视野出现暗点,对老年人的生活质量造成极大的影响。据统计,西方发达国家中70岁以上的老年人罹患AMD者超过40%。随着我国老年人口日渐增多,黄斑变性的发病率也越来越高。另外，糖尿病患者也可能罹糖尿病相关黄斑变性，总体发病率在10%左右。目前，黄斑变性的治疗方法是VEGF单克隆抗体。然而，抗体需要反复给药；另外，抗体外溢可导致严重的并发症。 研究团队利用激光诱导的小鼠黄斑变性模型，通过视网膜下腔注射的方式，发现CRISPR特异性的分布在视网膜色素上皮细胞（RPE），而RPE细胞是眼内VEGF的主要来源。VLP递送CRISPR实现了高达44%的vegfa基因敲除，降低了63%的新生血管面积。第二代测序表明VLP-mRNA未诱导出脱靶效应。 对于此前报道的AAV递送CRISPR引起的大片段缺失，研究团队通过第三代测序，仅能发现勉强高于背景的信号。值得一提的是，VLP mRNA无论在体外还是在眼内，均未引起免疫反应。这些实验结果有力支持了CRISPR在黄斑变性基因治疗上的临床应用潜力。 总的来说，VLP-mRNA是一种通用型的、瞬时性的CRISPR递送工具，兼具高效和安全的优点。该技术无疑将帮助CRISPR体内基因编辑治疗时代的真正来临，为无药可治或有药难治的遗传性、获得性以及感染性疾病的患者带来新的希望。 查看详细>>