这是一段与技术一样古老的故事。
一项新发现进入公开市场，全世界为之疯狂。初创企业抓住机遇，成熟公司争相分一杯羹，投资如潮水般涌来。
但科学是一个缓慢而艰苦的过程，需要数年甚至数十年才能对社会产生实质性影响。狂热退去后，投资撤回，公司破产，公众陷入失望。
然后，经过突如其来的过山车式起伏几年后，随着研究缓慢进展，科学家们逐渐揭示出技术的真正用途，稳步取得进展。这项发现是否能达到最初炒作的水平仍是个开放性问题，但其影响仍在全球范围内感受得到。
这种现象被称为Gartner炒作周期。20世纪90年代，繁荣热潮集中在人类基因组计划上。仅仅十多年前，是自动驾驶汽车。此刻，我们可能正处于人工智能炒作周期的中期。
CRISPR是另一种经历过这种效应的技术。但通过全球数千名研究人员十年的工作，它现在已经稳稳地站在所谓的"启蒙斜坡"上，这是取得稳步进展的地方。
"当你想到这一点时，CRISPR直到2013年才被证明能在人类细胞中工作，仅仅十年后，就有了一种基于CRISPR的镰状细胞病治疗方法获得批准，这是地球上最严重的遗传疾病之一，"该领域的著名研究人员、杜克大学工程学院长期教员查尔斯·格斯巴赫（Charles Gersbach）说。"这相当了不起，对吧？"
迈向繁荣
2012年，埃马纽埃尔·沙尔庞捷（Emmanuelle Charpentier）和珍妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）向世界宣布，他们已经找到了如何使用CRISPR在任何DNA序列中进行精确切割的方法。这项技术最初在细菌中被发现，是一种病毒防御机制，能够靶向并破坏非常特定的DNA序列，这是改变基因组序列的第一步，也称为基因编辑。
CRISPR在最初的实验室测试中如此有效，以至于许多人期望它在短短几年内治愈数十甚至数百种疾病。这是Gartner周期中"期望膨胀峰值"的顶峰。然而，所涉及的生物机制被证明难以传递到患者体内的活细胞中。脱靶切割的潜在可能性有时比预期更大，导致人们对潜在的负面副作用感到担忧。
许多基于CRISPR的公司很快陷入了Gartner的"幻灭低谷"。CRISPR是否能达到其潜力的一小部分？
今天，这个问题的答案是一个非常热情的"是"。除了美国食品药品监督管理局（FDA）批准的镰状细胞病和β-地中海贫血治疗外，只需看看格斯巴赫自己的实验室，就能明白为什么该领域的研究人员再次充满乐观。
"现在，编辑技术正在超越罕见的遗传疾病，"格斯巴赫说。"像抑制慢性乙型肝炎感染，我的初创公司正在研究这个，或者为心血管疾病风险人群降低胆固醇。所有这些临床试验都在进行中。这很有趣也很令人兴奋，因为我们谈论的是治疗影响广大人群的更常见疾病的疗法。"
切割与否
虽然公众长期以来一直关注CRISPR编辑人类基因组DNA序列的潜力，但其真正的力量可能更为微妙。从技术上讲，基因编辑技术的最初发现涉及两种机制：首先，基因归巢到特定的DNA序列，其次，切割该DNA以启动基因编辑。
然而，这两种机制并非完全相互依赖。例如，可以设计该系统的变体，完全不进行任何切割。这些版本是格斯巴赫实验室当前努力的主要焦点。
执行DNA中包含的遗传指令是一项混乱而复杂的工作。DNA必须被复制到信使RNA中，然后将其蓝图携带到构建蛋白质的细胞机制中。但即使是看似最直接的装配线部分——确定将哪些DNA复制到RNA中——也充满了复杂性。
我们人类基因组中的数万个基因在不同的组织和细胞类型中不断被上调和下调，并且随着我们年龄的增长、适应环境或应对疾病状态或相应疗法。为了使特定细胞中未使用的基因沉默，大量基因数据可以紧密打包，使得将其复制到信使RNA的机制无法触及它。
许多疾病状态，甚至衰老过程，都与DNA的可用性或包装的失调有关。DNA某一部分的活动可能导致其他远端部分被收起或被带出。DNA的化学修饰和控制其包装的蛋白质被称为"表观基因组"。
基于这些变量调节DNA如何被"促进"或"抑制"是格斯巴赫的专长之一；而CRISPR可以被修改以有目的地进行这些改变，这被称为"表观基因组编辑"。
"这种方法很强大，因为你正在重新利用自然界用来控制我们基因组的相同机制。而且你实际上并没有切割或改变DNA本身，因此永久性副作用的风险更小，"格斯巴赫解释说。"这可能是治疗这些更常见疾病的最佳方法。"
攻击慢性乙型肝炎
格斯巴赫实验室中最具现实世界影响力的例子是对慢性乙型肝炎病毒的治疗——这是一种由病毒引起的严重肝脏感染，通常会导致严重残疾甚至致命。
截至2023年，美国疾病控制与预防中心估计，美国约有64万名成年人患有此病——如果未来广泛采用的疫苗使用减少，这一数字可能会增加。但全球范围内，这一数字是3亿，而且由于许多患者甚至不知道自己患病，这种疾病很容易传播。
由于乙型肝炎是由病毒引起的，创建一种可以寻找并摧毁它的CRISPR版本似乎是一个显而易见的解决方案。然而，病毒的基因组会多次整合到我们自己细胞的DNA中，并且也可以容纳在基因组外称为附加体的小包装中。
"同时在许多不同位置断裂细胞的DNA可能会导致问题，"格斯巴赫说。"当DNA同时发生许多断裂时，细胞可能会混淆如何再次将DNA缝合在一起。此外，细胞将这些断裂视为DNA损伤，并激活其他不希望的防御策略作为回应。"
因此，格斯巴赫的方法是使用他的实验室正在追求的CRISPR形式，通过使这些基因对我们的生物分子机制不可访问来使其沉默或抑制。这是Tune Therapeutics——一家于2020年从格斯巴赫实验室推出的初创公司——的基础。
这家新兴公司已经筹集了超过2.2亿美元的风险投资。其治疗乙型肝炎的方法已经进入人体临床试验的深入阶段。
"我们在小鼠和猴子中的临床前数据看起来很棒，我们现在已经进行了超过一年的临床测试，"格斯巴赫说。"我们很兴奋，因为这种治疗方法有可能功能性地根除感染，而且我们的方法是目前唯一能够使基因组内外的病毒DNA沉默的方法。"
"我们很兴奋，因为这种治疗方法有可能功能性地根除感染，而且我们的方法是目前唯一能够使基因组内外的病毒DNA沉默的方法。"
查尔斯·格斯巴赫，约翰·W·斯特罗贝恩特聘生物医学工程教授
工具箱中的更多工具
这个正在进行的临床试验只是格斯巴赫和他的同事们努力实现的冰山一角，他们使用的是调节基因活性而非切割DNA的CRISPR版本。
生物医学工程有着悠久的历史，通过工程改造细胞使其成为特定类型的组织，同时提高其性能——这一领域被称为再生医学。因为每个细胞已经携带着成为任何类型细胞所需的遗传指令——从对光敏感的视网膜细胞到电活性心肌细胞——使用"去功能化"的CRISPR平台引导细胞沿着特定路径发展是一个显而易见的潜在用途。
格斯巴赫和他的同事们已经证明，可以使用这种方法将干细胞引导为神经元和再生受损组织的肌肉干细胞，以及重新编程人体自然免疫系统的T细胞来对抗癌症。虽然其他人正在通过不同方式研究这一想法，但格斯巴赫对这种方法的能力抱有很高的期望，希望它能超越其他方法，并在不久的将来进入临床试验。
他的实验室研究的另一个方向是在所谓的"暗基因组"中寻找新的治疗靶点。长期以来，人们已经知道人类基因组中只有一到二个百分点编码产生蛋白质的基因。剩余绝大部分的功能大多仍是个谜。但格斯巴赫的CRISPR方法已经揭示，那剩余98%中的一些部分极大地影响着对疾病重要的其他基因的活性水平，因此可能是新疗法的良好靶点。
"例如，人类基因组中有一个区域与超过100种疾病相关，这远远超过了任何其他单一基因座，"格斯巴赫说。"我们正在对那个基因座的三百万个碱基对进行完整的功能图谱绘制。这是我们将会继续遵循的路径，以更好地理解各种疾病并找到新的药物靶点。"
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