癌症是威胁人类健康生命的一大杀手。传统的治疗方法，例如放疗和化疗，是通过在癌细胞的DNA中产生DNA双链断裂来摧毁癌细胞。但由于这两种疗法无法区分癌细胞和正常细胞，当进行治疗时，会不加选择地杀死健康细胞，不可避免的产生副作用。长期以来，科学家们一直在寻找一种理想的肿瘤治疗方法，只选择性地靶向癌细胞，而不影响正常细胞。

近年来兴起的靶向治疗是一种基于细胞分子水分的治疗手段，该方法能够识别肿瘤细胞特有的基因变异，针对已经明确的致癌位点，使用不同的靶向药物来阻断肿瘤细胞的生长、繁殖的信号传导通路，从而杀死癌细胞。

图1.癌细胞在生长过程中往往会积累许多突变。

近年来，生物医学科学领域有两个重要发展：一个是癌症基因组学，另一个是发现了位点特异性的核酸内切酶CRISPR-Cas9。癌症基因组学研究发现，无论其来源如何，大多数癌细胞都会积累许多突变，包括几个核苷酸的小插入/缺失（InDel）、单核苷酸变化和大染色体畸变。CRISPR-Cas9的发现获得了2020年诺贝尔化学奖的认可，是一种可以用于以序列特异性的方式使DNA双链断裂。

韩国基础科学研究所（IBS）基因组完整性中心（CGI）的研究人员将这两个概念结合起来，提出了一种新的癌症治疗思想。通过利用CRISPR-Cas9在只存在于癌细胞中的癌症特异性突变处产生DNA双链断裂，他们提出了一种在癌细胞中触发细胞死亡而不影响正常细胞的假设。

近日，MYUNG Kyungjae、KWON Taejon和CHO Seung Woo领导的CGI联合研究团队证明了这一假设的可行性。研究团队开发了一种名为CINDELA（Cancer-specific INDEL Attacker）的创新方法，该方法可攻击癌症特异性突变，导致多个DNA双链断裂，从而特异性诱导癌细胞死亡。研究人员希望CINDELA可以成为大多数肿瘤中个性化癌症治疗的潜在方法。该研究成果将于3月1日发表在PNAS上，文章题为“Precision targeting tumor cells using cancer-specific InDel mutations with CRISPR-Cas9”。

文章发表在PNAS上

研究发现，CRISPR酶驱动DNA双链断裂能够诱导癌症细胞死亡，类似于辐射或化疗驱动的物理或化学断裂。经过生物信息学分析，研究团队确定了几种不同癌细胞系中独特的InDel突变，包括乳腺癌、结肠癌、白血病和胶质母细胞瘤，这些突变在正常细胞中没有发现。根据这些信息，研究团队成功地研制了针对这些突变的CRISPR-Cas9试剂。

研究团队将这种新疗法命名为CINDELA。CINDELA可以选择性地杀死癌细胞，而不影响正常细胞。研究发现，CINDELA驱动的癌细胞死亡依赖于CRISPR-Cas9产生的DNA双链断裂数量。例如，CINDELA试剂能诱导50个DNA断裂，在杀死癌细胞方面比仅诱导10个断裂的试剂更有效。

图2.HCT-116（结肠癌细胞）和U2OS（骨肉瘤细胞）的全基因组测序显示存在特异性InDel突变。靶向CRISPR-Cas9的U2OS InDel才能导致U2OS癌细胞死亡，证实了CINDELA的高特异性。

图3.CINDELA治疗延缓了小鼠结肠肿瘤（HCT-116）的生长。

除了癌细胞系实验，研究人员还进行了进一步的动物试验以验证CINDELA在活生物体中的功效。为此，研究人员将肿瘤细胞（来源于结肠癌和肺癌患者）异种移植到小鼠中，发现CINDELA治疗可以显著抑制小鼠肿瘤的生长。

值得注意的是，CINDELA靶向InDel突变这种肿瘤发生过程中的副产物，因此CINDELA可用于治疗大多数肿瘤。CGI主任Myung表示：“我们相信CINDELA可以成为癌症治疗的一种新的治疗策略，为所有癌症患者提供个性化和精准治疗，且没有严重的副作用。”作为一个里程碑成果，研究人员已经开始将这项技术应用于直接取来源于患者的肿瘤。

试验中，研究人员遇到的一个障碍是CINDELA试剂向肿瘤的递送。虽然研究团队使用高滴度的病毒在小鼠体内传递CRISPR，显著抑制了肿瘤生长，但迄今为止，仍不足以直接治疗人类肿瘤患者。该障碍是当前CRISPR-Cas9领域的主要问题之一。研究人员认为，在不久的将来，新递送系统的发展将有助于完善CINDELA癌症治疗技术。

参考资料：

1.Taejoon Kwon et al, Precision targeting tumor cells using cancer-specific InDel mutations with CRISPR-Cas9, PNAS (2022). doi.org/10.1073/pnas.2103532119

2.Scientists develop a new platform technology for personalized cancer therapy

https://medicalxpress.com/news/2022-02-scientists-platform-technology-personalized-cancer.html