你知道《回到未來》演員Michael J. Fox、拳擊冠軍Muhammad Ali和前NBA名將Brian Grant有什麼共同之處嗎？他們都是被診斷出患有帕金森氏症的名人。帕金森氏症是一種無法治愈的神經退行性疾病，可能影響各行各業的人們。
本篇文章將會介紹CRISPR基因編輯在帕金森氏症領域的最新研究進展。CRISPR通過其精確性、有效性和適應性，為帕金森氏症創造了更多的臨床應用和可能的治療途徑。

▎帕金森氏症的治療和研究：新興工具CRISPR

目前尚無帕金森氏症的治愈方法，治療主要針對症狀。常用的帕金森氏症藥物是L-多巴，它能穿越血腦屏障進入大腦內部產生多巴胺。
帕金森氏症具遺傳性和偶發性兩種模式，而大多數偶發性帕金森氏症相關的基因變異尚不清楚，疾病進程的分子機制也有待釐清。研究帕金森氏症機制的挑戰在於疾病涉及多種基因突變的複雜性。CRISPR-Cas9技術能有效篩選帕金森氏症的基因變異，特別是功能性篩選，以確定基因和表型之間的因果關係。

▎帕金森氏症中的基因突變和CRISPR解決方案

CRISPR篩選技術可以識別控制特定形態或生理作用的基因或基因序列。幫助理解相關基因的功能，並為未來的標靶治療提供指引。
在帕金森氏症和其他神經系統疾病中可發現選擇性神經元易感性(Selective Neuronal Vulnerability)的現象。基因表達研究（轉錄體和蛋白質體）揭示了易感性和耐受性神經元之間的差異，然而，基因篩選對於了解分子機制至功能的層次並在治療上標靶相關基因是至關重要的。
匹茲堡大學Hoffman實驗室利用Synthego的基因組編輯技術生成了帕金森氏症的NADPH氧化酶剔除細胞模型。該研究顯示了Nox2酶在氧化壓力相關退化中的作用，包括ɑ-突觸核蛋白的積聚(ɑ-synuclein accumulation)、線粒體蛋白質輸入缺陷(mitochondrial protein import impairment)以及多白胺酸重複激酶2（LRRK2）的活化。

▎帕金森氏症的「2P」：PINK1 and PRKN

異常的粒線體途徑與帕金森氏症的神經退行性有關，而第一型PTEN-誘發激酶（PINK1）和Parkin（E3泛素連接酶）蛋白通過共同的途徑推動粒線體週轉和自噬。PINK1是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，磷酸化粒線體蛋白並在環境壓力下保護粒線體。Parkin是一種泛素連接酶，標記粒線體蛋白以進行自噬。編碼PINK1和Parkin的基因PINK1及PRKN在帕金森氏症中常常發生突變。

▎使用CRISPR剔除PINK1的靈長類模型

CRISPR-Cas9技術所生成的PINK1剔除恆河猴模型(PINK1 knockout (KO) Rhesus macaque model)，重現了人類帕金森氏症的表型。值得注意的是，他們在突變的猴子中觀察到中腦黑質區域(substantia nigra region)的神經元損傷是帕金森氏症患者常見的情況。

▎帕金森氏症中的α-突觸核蛋白

α-突觸核蛋白（ɑ-synuclein）是多巴胺能神經元富含的蛋白質，由SNCA基因編碼。錯誤摺疊的α-突觸核蛋白形成的不可溶聚集體-路易氏小體(Lewy body)，是帕金森氏症患者多巴胺能神經元中的一個明顯的病理特徵。

▎CRISPR作為篩選治療藥物的工具

運用CRISPR-Cas9在SNCA基因上添加生物發光標記(NanoLuciferase tag)，能夠「點亮」並監測ɑ-突觸核蛋白的生成。此方法也是第一個可定量檢測內源性ɑ-突觸核蛋白（無外部標記）的系統，並具有作為帕金森氏症高通量藥物篩選工具的潛能。

▎利用CRISPR改變表觀遺傳景觀

除了SNCA基因的遺傳加乘作用外，表觀遺傳景觀的變化以及由此導致的SNCA基因表達調控也可能導致生成過多的ɑ-突觸核蛋白。
在一項研究中，研究人員採用了CRISPR-Cas9方法來了解SNCA基因的附基因調控（epigenetic regulation）。他們使用組蛋白去甲基酶(histone demethylase)作為「表觀遺傳橡皮擦」，確定了調控SNCA基因的特定組蛋白修飾。透過編輯來自患者分化iPSCs中的病理性表觀遺傳標記，有效改善了α-突觸核蛋白的表達。識別SNCA的附基因調控(epigenetic regulation)為帕金森氏症的潛在標靶治療開闢了新途徑。

▎LRRK2基因中的潛在危險

LRRK2基因編碼一種名為dardarin的激酶，並在大腦和其他組織中作用。LRRK2突變會導致帕金森氏症神經元在形態上及生理上的變化。最常見的突變是G2019S，約佔全球帕金森氏症患者的1-3%。G2019S突變會引起帕金森氏症患者iPSC分化出的神經元中的粒線體損傷和鈣離子失調。
美國國家衛生院（NIH）Cookson實驗室利用CRISPR-Cas9生成isogenic cell lines，研究突變對內源性LRRK2功能的影響及研究LRRK2的相互作用物和受質。這些細胞株為帕金森氏症研究提供了有效的疾病模型。

▎使用CRISPR的LRRK2突變狨猴神經細胞模型

威斯康辛大學麥迪遜分校的Golos實驗室在2020年發表的研究中，利用狨猴幹細胞創建了帶有LRRK2 G2019S突變的神經元細胞模型。這些模型表現出與人類多巴胺能神經元高度相似的生理學特徵，為研究自然疾病進程提供了良好的機會。

▎帕金森氏症的基因療法和臨床試驗

2021年1月，美國FDA批准了BlueRock Therapeutics與Memorial Sloan Kettering Cancer Center合作的試驗中新藥（IND）申請。首個用於帕金森氏症的基因編輯細胞療法進入第一期臨床試驗。
該試驗將評估衍生自人類胚胎幹細胞（hESC）的名為MSK-DA01細胞，在移植到患者體內後的安全性及毒性。CRISPR-Cas9基因編輯使得細胞在移植後能夠具有免疫逃脫的特應。並預計將於2023年下半年公布第一期臨床試驗的結果。
MSK-DA01細胞的一項臨床前試驗在大鼠中腦顯示出其安全性和療效。這些細胞在移植後能夠產生多巴胺並挽救帕金森氏症的運動功能障礙在評估其致癌性(tumorigenicity)、毒性(toxicity)、生物分佈(biodistribution)和其他副作用(side effect)時，未顯示任何不良反應。

帕金森氏症的諸多基因療法皆已進行了臨床前和臨床試驗，並取得不同程度的成功。科學家和醫生們正持續努力利用正在進行中的基因療法試驗，尋求治愈帕金森氏症的方法。CRISPR-Cas技術在帕金森氏症研究中扮演重要角色，Synthego提供gRNA設計合成和客製化基因編輯細胞株服務，為實驗者加速研究的進行，並已被引用在諸多文獻中。未來，CRISPR-Cas將繼續為帕金森氏症治療帶來更多突破性進展。

本篇節錄自: CRISPR in Parkinson’s Disease: Research, Gene Therapy, and Future Possibilities