基因组编辑的最好方式是不直接切割DNA，造成潜在有害突变的双链断裂（double-strand break，DSB）。但是大多数情况下，普通CRISPR/Cas9基因编辑系统都会产生DSB。最新一期《Cell》描述了一种专注改变基因表达的改良版“表观基因组编辑CRISPR/Cas9系统”，很好地避免了这个问题，也许更适合临床应用

去年《Genome Biology》就有文章预测，表观基因组编辑逐渐升温，人们希望操纵染色质和表观遗传修饰，借此研究细胞功能和治疗疾病。其中，表观基因组编辑的核心原理是将功能元件招募到目标DNA区域。前两年这种方法尚处于探索阶段，如今越来越多科学家们在动物体内证实了它的有效性。革命性发现——基因表达调控常规操作将被重写！

12月7日，Salk研究所的科学家在《Cell》发表文章，在人类疾病小鼠模型中证实了这种新工具的高效性：保持了DNA的完整性，它成功激活了靶基因。文章描述，这种新系统改善了糖尿病、肌肉萎缩症和急性肾病小鼠的病情。

本质上，转录机器应该位于相关DNA区域以促进相关基因表达。类似地，为了不引入潜在有害突变，这种原理也可以用来激活任何基因或基因通路。

“我们采用改良后的单链向导RNAs，招募Cas9和转录激活复合物至靶位点，”文章作者写到。“这是一个稳健的系统，通过反式-表观遗传调制（trans-epigenetic modulation），可在体内激活内源靶基因。”

这项技术的主要理念是利用两种腺相关病毒（AAVs）将遗传改造机器引入出生后的小鼠体内。研究人员先将Cas9酶基因插入其中一种AAV，再将一种为特定基因位点而设计的短单向导RNA（short single guide RNA，sgRNA）和一个转录激活因子插入另一种AAV，让sgRNA结合一个转录激活因子辅助Cas9酶工作。
 
与常见的CRISPR/Cas9系统向导RNA（20nt）相比，这种sgRNA更短，只有14nt或15nt。因此，该版本的Cas9无法切割DNA。

“革命性技术CRISPR/Cas9帮助人们取得了许多在过去难以想象的进步，尽管有新技术加持，遗传学领域依然存在一个很难跨越的瓶颈：细胞的DNA链受到剪切，细胞就有可能引入有害新突变，”文章通讯作者Salk研究所生物学教授Juan Carlos Izpisua Belmonte说。

“我们想用更有效的基因治疗，不必剪切DNA就能改变细胞命运，”文章一作Fumiyuki Hatanaka解释道。

这篇文章最引入注目的地方是，研究小组利用这种新方法逆转了几种疾病模型的病情！

在急性肾病小鼠模型中，他们通过激活已经受损的或被沉默的基因，恢复了小鼠正常肾功能。他们还诱导小鼠肝细胞分化为胰腺样细胞，制造出了胰岛素，部分挽救了I型糖尿病小鼠。在肌肉萎缩症（已知的基因突变疾病）小鼠模型中，研究人员没有试图去纠正突变基因，而是增强了同一基因途径中其他基因的表达量以补偿受损基因，虽然突变基因依然存在，但小鼠肌肉功能却奇迹般地恢复了。彻底阻止1型糖尿病

初步数据表明，该技术非常安全，不会产生不必要的基因突变。在引入临床检测之前，研究人员将继续进行更多检测，以确保它的安全、实用和有效。

Belmonte认为，这种技术对治疗阿尔兹海默症和帕金森等神经障碍极具潜力。他预见，正如它可以恢复肾病、肌肉和胰岛素分泌功能障碍小鼠，它也可以恢复神经细胞，不久的将来我们也许就能在人类患者身上重现奇迹。

延伸阅读：Nature子刊：用CRISPR操控表观基因组

原文检索：In Vivo Target Gene Activation via CRISPR/Cas9-Mediated Trans-Epigenetic Modulation

（生物通：伍松）