CRISPR/Cas9技术在呼吸系统疾病研究领域应用最全盘点！

CRISPR/Cas9技术在呼吸系统疾病研究领域应用最全盘点！

呼吸系统疾病是一种常见的多发病，主要病变在气管、支气管、肺部及胸腔，病症从相对较轻到严重有支气管炎、肺炎、肺结核、慢性阻塞性肺病(COPD)、肺癌和鼻咽癌等。除此以外，还有一些包括表面活性蛋白缺失、囊性纤维化（CF）、α-1抗胰蛋白酶（AAT）缺失和其他罕见单基因病在内的先天性肺部疾病。虽然这些罕见的呼吸系统疾病发病率较低，但会对病人的健康和寿命产生重大影响。

CRISPR/Cas9系统与呼吸系统疾病治疗

借助从原核生物免疫系统中分离出的CRISPR/Cas9系统基因编辑工具，人们在呼吸系统健康方面有了许多突破性的研究和应用。除了可以为许多呼吸系统疾病的致病因素与潜在机制的探究提供临床前模型，还能通过筛选参与呼吸过程、发育和病理的基因，从而发现新的疾病驱动因素或药物靶标，甚至能通过直接编辑导致呼吸系统疾病的表观遗传标记，结合干细胞重编程和移植等其他技术以纠正基因突变，为未来的个性化治疗提供可能性（图1）。

图1 CRISPR/Cas系统在呼吸道疾病研究中的应用

CRISPR/Cas9系统在呼吸系统疾病研究中的具体案例

（1）敲除Grhl2基因研究其调节上皮组织的形态和生理功能作用

哺乳动物肺上由假复层黏膜纤毛上皮排列的导气管的结构组织和细胞组成，对许多生理功能至关重要。然而，腔细胞在执行众多生理功能时，容易受到病毒、吸入的毒物和吸入的胃酸等因素的破坏。幸运的是，腔细胞的损失通常由靠近基板未分化的干/祖细胞的动员来补偿。在稳定状态下，这些基底细胞(BCs)是相对静止的，但当腔内细胞缺失后，它们会增殖并分化为纤毛和分泌细胞。虽然关于BC细胞自我更新和后代谱系选择的调节研究已有较大进展，但驱动BC细胞形态变化的机制仍不清楚。因此Hogan课题组通过CRISPR/Cas9系统编辑技术，用靶向Grhl2的慢病毒侵染HBE细胞系，得到Grhl2基因敲除细胞系，且发现Grhl2基因的敲除会抑制类器官形态发生和纤毛细胞的分化，并降低具有不同Grhl2调控位点的notch和纤毛发生基因(Mcidas, Rfx2和Myb)的表达，为Grhl2调节上皮组织的形态和生理功能的作用提供了进一步证据，也为更好地了解气道上皮功能提供了模型。

（2）敲除Nrf2基因研究低聚原花色素介导的氧化应激保护机制

氧化应激可导致肺纤维化引起呼吸疾病，通过CRISPR/Cas9技术在细胞实验中已证明低聚原花色素对非小细胞肺癌细胞(A549)中过氧化氢诱导的氧化应激起到保护作用。实验发现，低聚原花色素刺激的A549细胞中Nrf2的表达发生改变。Nrf2是对氧化还原反应敏感的转录因子，可以引起其下游靶基因在转录水平和蛋白质水平上的变化。通过CRISPR/Cas9技术敲除Nrf2可以使Nrf2无法与抗氧化反应元件ARE的结合，从而消除了低聚原花色素介导的针对过氧化氢诱导的氧化应激的保护作用。研究表明在A549细胞的抗氧化反应中低聚原花色素通过Nrf2-ARE途径起到重要作用，这项研究为呼吸疾病的治疗提供了理论依据。如需购买Nrf2敲除A549细胞系，源井KO细胞现货库可为您优质现货，低至8000元，快至一周交付，点击入库搜索 >> 

（3）利用CRISPR/Cas9技术敲除免疫检查点，干预肿瘤生长

     在临床试验中CRISPR/Cas9技术已经开始作为肺癌的干预手段。该试验主要对PD-1的功能进行了研究。PD-1只能在活化的T细胞中表达，该基因可促进细胞的凋亡，是临床上的一个免疫检查点。因此研究者利用PD-1基因敲除细胞发现当PD-1被敲除时T细胞的存活时间会延长，这是因为T细胞周期检查点被抑制，引起活化的T细胞的存活时间延长。通过CRISPR/Cas9技术敲除PD-1基因后，血液中活化的具有免疫功能的T细胞数量明显增加，以此来抑制肿瘤生长。KO细胞不仅可以用于研究调节T细胞活性增强其抗肿瘤效应，在验证、筛选免疫检查点时也能起到很好的负筛或阴性对照的作用。为助力免疫检查点的研究，源井独家KO细胞库拥有近2000种细胞现货，覆盖众多免疫检查点相关基因构建的敲除细胞系，点此了解更多 >> 

（4）CRISPR/Cas9技术应用于遗传疾病的治疗与诊断

CRISPR介导的在囊性纤维化（CF）和其他先天性疾病中的基因治疗矫正，比传统的基因治疗有一些优势。由CRISPR系统诱导的基因修饰在编辑过的细胞中是永久保持的，而经过修正的基因仍然受其内源性启动子的控制。因此人们对使用CRISPR/Cas9技术来纠正遗传疾病给予了很多关注；除此之外，CRISPR系统也可以作为一种诊断工具，目前已被用于microRNA生物标志物的检测，以及NSCLC患者诊断检测前细胞游离DNA的少量等位基因富集。这种诊断应用可能比体内基因编辑或细胞移植策略更可行，并可能在临床环境中产生直接和积极的影响。

总之，CRISPR系统超越了以前可用的基因编辑方法，成为本世纪分子生物学的一个重要里程碑。该系统已广泛应用于呼吸道疾病细胞和动物模型的构建，以及筛查与呼吸道感染和肺癌发展有关的因素等方面，为肺部和呼吸道疾病提供了很有希望的治疗可能性，但在这之前还必须克服以下障碍：

1、编辑特异性

2、编辑的效率

3、靶向细胞及给药途径

4、基因编辑应用的载体

5、免疫原性和DNA损伤反应对CRISPR的影响

源井生物独家研发的CRISPR-U™技术，具有高出普通CRISPR/Cas9十几倍的精准切割效率，大大提高了基因编辑细胞的成功率，目前源井生物已成功构建了拥有近2000种KO细胞现货的基因敲除细胞库 ，低至8000元，轻松助力呼吸健康领域研究。另外，源井生物的超万条gRNA载体现货低至99元，新年特惠不要错过>>