鋅指核酸酶（Zinc-finger nucleases, ZFN）技術(shù)是近年來科學(xué)家們開發(fā)的一種基因組靶向修飾新技術(shù)。ZFN是人工改造的限制酶，由鋅指結(jié)構(gòu)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和DNA切割結(jié)構(gòu)域融合而成。它們能夠識別并結(jié)合指定的位點，高效且精確地切斷靶DNA。隨后細胞利用天然的DNA修復(fù)過程——“同源定向修復(fù)”或“非同源末端連接”來治愈靶的斷裂。這樣，研究人員就能夠隨心所欲地進行基因組編輯，包括基因修復(fù)、基因刪除和定向的基因添加。

作為一種可能在臨床中得到廣泛應(yīng)用的朝陽技術(shù)，鋅指核酸酶得到了多方關(guān)注，并已經(jīng)在幾種不同系統(tǒng)內(nèi)成功靶定了基因組，為生物學(xué)研究提供了新型工具。近期有報道稱桑加莫生物技術(shù)公司利用ZNF技術(shù)生成的CCR5修飾自體T細胞產(chǎn)品SB-728-T，作為首個進入臨床的基因修飾藥物，在治療HIV/AIDS的I期臨床研究中獲得了令人滿意的結(jié)果。不斷傳來的進展消息讓科學(xué)家們感覺將ZFN技術(shù)廣泛應(yīng)用到遺傳學(xué)研究及基因治療中的似乎已是指日可待了。

然而近日發(fā)布在國際著名科研期刊Nature官網(wǎng)上的一篇新聞報道有可能促使科學(xué)家們在真正將ZNF技術(shù)運用到臨床中去之前更慎重地開展更多的相關(guān)檢測研究。根據(jù)這則新聞的報道， 在8月7日同時發(fā)表在Nature出版社旗下子刊《Nature Biotechnology》和《Nature Methods》的兩篇研究論文中，研究人員指出這一技術(shù)在進行基因修飾過程中存在著脫靶現(xiàn)象（off-target）。

原文索引

An unbiased genome-wide analysis of zinc-finger nuclease specificity.Nature Biotechnology Year published: (2011)DOI:doi:10.1038/nbt.1948

Revealing off-target cleavage specificities of zinc-finger nucleases by in vitro selection.Nature Methods Year published: (2011) DOI: doi:10.1038/nmeth.1670

在第一篇文章中，來自德國癌癥研究中心的腫瘤學(xué)家Christof von Kalle及其同事利用一種新方法檢測了鋅指核酸酶在細胞基因組中的插入位點。他們發(fā)現(xiàn)這些鋅指核酸酶生成了錯誤的DNA斷裂，而這些斷裂位點根本無法用常規(guī)的方法進行預(yù)測。

對此，美國猶他大學(xué)生物化學(xué)家Dana Carroll（未參與該研究）發(fā)表評論說：“這一研究為鋅指核酸酶研究領(lǐng)域提供了一個重要的教訓(xùn)。它表明當(dāng)你在細胞中確實觀測到鋅指核酸酶完成了對DNA的切割時，有可能同時會發(fā)生某些之前你預(yù)計不到的事情。 ”

在第二篇文章中，來自哈佛大學(xué)的化學(xué)生物學(xué)家David Liu也采用一種新方法檢測了鋅指核酸酶生成的非特異性DNA斷裂。David Liu研究小組成員首先在一個大型的DNA文庫中篩選出了能被兩種鋅指核酸酶識別的DNA片段。隨后，他們在人類基因組中搜尋相似的序列，并檢測了鋅指核酸酶對體外培養(yǎng)的人類細胞中這些相似序列的識別切割情況。

David Liu發(fā)現(xiàn)在這些人類細胞中鋅指核酸酶造成了比預(yù)期更廣泛的DNA斷裂。他們采用的其中一種鋅指核酸酶與HIV臨床試驗中采用的非常相似。研究人員發(fā)現(xiàn)在個別情況下，這種鋅指核酸酶可導(dǎo)致與癌癥相關(guān)的一種基因附近的DNA斷裂。

加州大學(xué)分子生物學(xué)家David Segal（未參與這項研究）表示：“目前尚無法預(yù)計這是否會對患者構(gòu)成危險，因為在這項研究中David Liu用鋅指核酸酶檢測的是培養(yǎng)的白血病細胞，而臨床試驗藥物靶向的是一種免疫細胞——T細胞。”

桑加莫生物技術(shù)公司的首席科技官Philip Gregory慎重地表示在得知David Liu和von Kalle的研究結(jié)果后，他們就對所采用的鋅指核酸酶進行了更進一步的優(yōu)化。在正式進入臨床實驗前，他們將超過10億個遺傳修飾的細胞植入到了150只動物中，對其副作用進行了檢測，以確保使用的鋅指核酸酶的安全性。