好萊塢著名女星安吉麗娜?朱莉在進(jìn)行BRCA1基因檢測(cè)和遺傳咨詢后，發(fā)現(xiàn)患乳腺癌的概率為87%，患卵巢癌的概率為50%。于是在醫(yī)生的建議下，先后進(jìn)行了乳腺、卵巢和輸卵管切除手術(shù)，使得患癌風(fēng)險(xiǎn)將降到5%以下[1]！

然而，絕大部分女性可能沒朱莉那么幸運(yùn)，因?yàn)樗麄償y帶的BRCA1基因變異，連科學(xué)家和醫(yī)生都不知道是否致癌[2]。而且，這個(gè)問題不僅存在于BRCA1，很多與癌癥相關(guān)的基因變異都面臨著這個(gè)問題。使得人們不能提前對(duì)癌癥進(jìn)行預(yù)防和規(guī)避，讓病魔肆虐！

近日，美國華盛頓大學(xué)的JayShendure和LeaStarita博士終于為我們帶來了走出困境的希望。他們通過一種“飽和基因組編輯”的方法，明確解釋了BRCA1基因上近4000種變異類型的含義。這可以為女性癌癥的預(yù)防和治療做出更加有效的指導(dǎo)，減少女性罹患乳腺癌和卵巢癌的風(fēng)險(xiǎn)。

并且，這種新開辟的方法可能大大推動(dòng)對(duì)各種基因變異的研究，擴(kuò)展到其他癌癥，完善各類基因檢測(cè)項(xiàng)目。該成果發(fā)表在近期的頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》上[3]。

BRCA1基因之所以會(huì)含有這么多種類型的變異，是因?yàn)樗且粋€(gè)總長(zhǎng)81kbp的巨無霸基因。堿基數(shù)多，發(fā)生變異的概率自然也就大了。

而BRCA1基因的功能恰恰又非常重要。這個(gè)基因主要在乳腺以及其他組織中表達(dá)，負(fù)責(zé)DNA的修復(fù)工作，能防止基因變異。若BRCA1因變異而失去功能，會(huì)誘發(fā)大量基因變異，使得腫瘤的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)大大增加[4]。

正因?yàn)槿绱耍茖W(xué)家才會(huì)非常關(guān)心BRCA1基因上的變異。但是，現(xiàn)有兩種評(píng)估基因變異的作用的方法，對(duì)大部分BRCA1的變異都不適用。

第一種方法是結(jié)合基因測(cè)序，在臨床病人中反復(fù)觀察某種變異對(duì)癌癥的作用，以評(píng)估其功能。這需要一定數(shù)量的臨床樣本。然而，BRCA1基因變異的類型有數(shù)千種之多，而攜帶某一種特定類型變異的患者的數(shù)量可能很少，臨床數(shù)據(jù)不足以對(duì)這些罕見變異的功能進(jìn)行評(píng)估。

第二種是通過實(shí)驗(yàn)手段，檢測(cè)攜帶變異的基因?qū)ζ渌鶇⑴c的信號(hào)通路的影響。但是，通過生化實(shí)驗(yàn)或者在細(xì)胞中基于cDNA進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，都無法準(zhǔn)確代表其在體內(nèi)的作用，何況還有很多變異是在非編碼區(qū)的。而且，還不停有新的變異被發(fā)現(xiàn)，用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估的腳步跟不上新變異出現(xiàn)的速度。

由于這些原因，我們一直不能理解BRCA1基因上大量變異的意義，讓很多有害的變異逍遙法外，為禍一方。對(duì)此，JayShendure和LeaStarita兩位科學(xué)家試圖改變這個(gè)局面。

既然攜帶特定某種變異的癌癥病人數(shù)量可能很少，而且還不停有新的變異被發(fā)現(xiàn)。那么是否可以在細(xì)胞中人為制造各種變異（包括之前未發(fā)現(xiàn)的變異），然后評(píng)價(jià)其作用呢？CRISPR/Cas9系統(tǒng)所擁有的基因組編輯能力，為科學(xué)家們提供了這種可能。

制造變異不是問題，剩下的問題就是如何評(píng)價(jià)每種變異的作用了。

這同樣也難不倒科學(xué)家們。

BRCA1基因?qū)σ环N叫HAP1的人類單倍體細(xì)胞系至關(guān)重要，BRCA1的功能缺失會(huì)嚴(yán)重影響HAP1的生存能力。因而，可以通過測(cè)定HAP1細(xì)胞的生存狀況，評(píng)估某種特定變異對(duì)BRCA1基因功能的影響。

制造變異和評(píng)估變異能力理論上都沒問題了，那就開始干吧。

研究者們精心挑選了大量BRCA1基因位點(diǎn)，都屬于該基因的要害部位。對(duì)于每一個(gè)位點(diǎn)，他們都通過CRISPR/Cas9系統(tǒng)在2000萬個(gè)HAP1細(xì)胞中進(jìn)行編輯，制造變異。

隨后，將這些細(xì)胞培養(yǎng)特定的時(shí)間，分別評(píng)估這些基因變異給細(xì)胞造成的影響，進(jìn)行量化評(píng)分。他們一共得到了3893個(gè)基因變異的功能評(píng)分。通過評(píng)分來判斷該基因變異是良性的還是具有致病性的。

當(dāng)然，這個(gè)“飽和基因組編輯”評(píng)分的可靠性，還要經(jīng)過實(shí)踐來檢驗(yàn)。

在這些制造的變異中，有很多變異的作用在臨床中是已知的。研究者們將其功能評(píng)分與已知結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)他們的評(píng)分對(duì)致病性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率令人贊嘆，AUC高達(dá)0.983！

研究人員曾懷疑過HAP1細(xì)胞的生存試驗(yàn)是否能代表真實(shí)的生理狀態(tài)，但超過95%的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率無疑打消了這種疑慮。

這表明，通過“飽和基因組編輯”評(píng)分區(qū)分基因變異的致病性是可靠的。

作者表示，他們研究的結(jié)果對(duì)臨床也具有指導(dǎo)意義。例如，BIC（TheBreastCancerInformationCore）數(shù)據(jù)庫中對(duì)BRCA1基因上的很多變異的解釋是互相矛盾的，而本實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果可能可以更新現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫。

當(dāng)然，研究人員表示這次只評(píng)估了BRCA1基因重要位點(diǎn)的變異，接下來兩年，他們要將評(píng)估范圍擴(kuò)大到整個(gè)基因。屆時(shí)，我們對(duì)該基因的變異將有更加全面的了解。

目前，他們正在通過BrotmanBaty數(shù)據(jù)庫迅速發(fā)布新獲得的基因變異的信息，以幫助患者和臨床醫(yī)生弄清楚測(cè)序結(jié)果的意義。Starita博士希望這個(gè)數(shù)據(jù)庫能繼續(xù)擴(kuò)大，以便于第一時(shí)間能為女性做出指導(dǎo)[6]。

現(xiàn)在雖然已經(jīng)能夠非常方便的得到測(cè)序數(shù)據(jù)，但絕大部分基因變異的功能都沒有被闡釋，大大限制了基因組醫(yī)學(xué)的發(fā)展。而這個(gè)方法提供了一個(gè)解決這個(gè)問題的機(jī)會(huì)。

Jay博士表示，他們將繼續(xù)利用“飽和基因組編輯”技術(shù)研究其他癌癥的風(fēng)險(xiǎn)基因，測(cè)試更多罕見突變對(duì)人類健康的影響。

希望“飽和基因組編輯”技術(shù)能為我們闡釋更多基因和基因變異的功能，推動(dòng)功能基因組時(shí)代的進(jìn)程，讓更多的人收益。