來自中科院上海生命科學(xué)研究院、華西師范大學(xué)和北京大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員報(bào)告稱，他們利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)在包含一種遺傳病致病突變的精原干細(xì)胞 ( spermatogonial stem cell，SSCs )中成功地進(jìn)行了基因編輯。這一重要成果發(fā)布在12月5日的《細(xì)胞研究》（Cell Research）雜志上。

中科院上海生命科學(xué)研究院的李勁松(Jinsong Li)研究員、吳立剛(Ligang Wu)以及北京大學(xué)的湯富酬（Fuchou Tang）研究員是這篇論文的共同通訊作者。

精原干細(xì)胞（SSCs）指位于曲精細(xì)管基膜上既能自我更新維持自身適量恒定，又能定向分化產(chǎn)生精子的一類原始精原細(xì)胞。來自不同物種的SSCs在加入膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)的培養(yǎng)基中可以維持很長一段時(shí)間。研究證實(shí)，將培育的SSCs移植到不育男性的睪丸中之后，其可以重建精子發(fā)生并恢復(fù)生育能力。

由于借助遺傳操控SSCs及隨后的移植，研究人員能夠選取出想得到的遺傳修飾，且有潛力以100%的效率生成健康后代，這些技術(shù)在構(gòu)建基因修飾動(dòng)物模型及治療遺傳疾病方面顯示出廣闊的前景。然而因?yàn)楫?dāng)前可用遺傳編輯技術(shù)的復(fù)雜性和低效率，迄今為止利用這些技術(shù)來有效生成基因修飾動(dòng)物的報(bào)道非常有限，也尚未有研究報(bào)道利用它們來糾正遺傳疾病。

近年來，大量的研究證實(shí)來自細(xì)菌的CRISPR-Cas9系統(tǒng)能夠以非常高的效率及特異性對不同的物種進(jìn)行快速基因組編輯（延伸閱讀：Nature子刊：新技術(shù)推動(dòng)CRISPR、TALEN廣泛介導(dǎo)基因敲入）。CRISPR-Cas9介導(dǎo)基因組編輯只需要一條很短的單導(dǎo)向RNA （single-guide RNA，sgRNA)引導(dǎo)位點(diǎn)特異性的DNA識(shí)別和切割，借助于非同源末端連接（NHEJ）介導(dǎo)的插入/刪除或基于外源寡聚核苷酸的同源重組修復(fù)(homology-directed repair)，即可對靶位點(diǎn)進(jìn)行基因修飾。相比于其他的遺傳編輯技術(shù)，這一系統(tǒng)相對易于操控。通過受精卵注入Cas9 mRNA和sgRNAs，可以一步生成攜帶所需突變的小鼠或大鼠。

令人驚嘆的是，有研究報(bào)告稱利用CRISPR-Cas9糾正了人類成體干細(xì)胞中與囊性纖維化相關(guān)的缺陷。通過尾靜脈高壓注射傳送CRISPR-Cas9系統(tǒng)，研究人員還糾正了小鼠模型肝細(xì)胞中的Fah突變，挽救了體重減輕這一表型。此外，有研究稱通過將Cas9 mRNA和靶向突變等位基因的sgRNA共同注入到受精卵中糾正了攜帶Crygc基因或dystrophin基因突變的小鼠，顯示了將CRISPR-Cas9應(yīng)用于基因治療的可行性。但直接將CRISPR-Cas9系統(tǒng)注入到受精卵無法以100%的效率生成健康后代，并有可能在后代基因組中生成有害修飾，包括脫靶修飾，阻礙了應(yīng)用CRISPR-Cas9來糾正人類遺傳疾病。

在這篇文章中，研究人員報(bào)道稱他們利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)有效地將遺傳修飾導(dǎo)入到了SSCs中。利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)，他們在SCCs中突變了EGFP轉(zhuǎn)基因或內(nèi)源的Crygc基因。在移植到不能生育小鼠睪丸的生精小管之后，這些突變SSCs經(jīng)歷了精子發(fā)生，生成了圓形精細(xì)胞。將這些圓形精細(xì)胞注入到成熟卵母細(xì)胞中，生成的雜合子后代顯示出對應(yīng)的突變表型。

此外，研究人員證實(shí)CRISPR-Cas9誘導(dǎo)的NHEJ或HDR可輕易修復(fù)存在于SSCs中的致病Crygc突變 (Crygc−/−)，生成的SSC細(xì)胞系攜帶著糾正的基因，全基因組測序表明沒有任何脫靶修飾跡象。利用由這些細(xì)胞系生成的圓形精細(xì)胞進(jìn)行受精，以100%的效率生成了具有糾正表型的后代。

這些結(jié)果證實(shí)借助于CRISPR-Cas9系統(tǒng)可對小鼠SSCs進(jìn)行有效的基因編輯，由此提供了一個(gè)原理證明可通過對SSCs進(jìn)行基因糾正來治療遺傳性的疾病。