基因编辑-旨在修改 DNA 的基因治疗方法，基因编辑可以通过瞄准和修改选定的基因来改变患者的 DNA。虽然基因工程和DNA操作可以追溯到 20 世纪 70 年代，但随着多项技术的持续研究和新应用，基因编辑的发展在过去10年中得到了加速。
基因编辑涉及通过多种不同的技术在DNA中创建有针对性的断裂，带有或不带有修复指令。基因编辑有两种主要技术：破坏/失活、校正/插入。
“破坏”或“灭活”导致遗传疾病的遗传物质。这可以通过关闭导致疾病的基因或破坏将补偿致病基因的单独基因来实现
通过基因断裂来“纠正”遗传物质，并提供纠正模板或“插入”新的遗传物质，让细胞用来修复突变的基因
基因破坏或失活：基因破坏或基因失活有时被称为基因沉默、基因敲除或基因敲除。科学家通过关闭（或抑制）现有基因来帮助解决与遗传相关的健康问题。基因的一个重要功能是制造蛋白质。在某些疾病中，这些基因的突变可能会导致基因过度生产或过度表达它们正常产生的蛋白质。过量的蛋白质会在体内的关键器官中积聚，并导致疾病症状。关闭或灭活过度表达的基因可以停止其活动并治疗疾病。
基因编辑是遗传代谢障碍疾病IEMS的未来治愈性疗法的一个类型，关于IEMS未来治愈性疗法可以关注此合集：遗传代谢障碍疾病的未来治愈性疗法
一、目前正在临床研究的基因编辑技术
目前正在研究各种基因编辑方法。这意味着存在不同类型的基因编辑，并且所有这些基因编辑的工作方式可能略有不同。例如，使用两个核心组件的CRISPR Cas9。第一个组件是一小段RNA，称为向导RNA，它可以找到要编辑的DNA代码序列。第二个组件是一种蛋白质，称为Cas酶或核酸酶，它能够在向导RNA定义的DNA位置处进行切割和编辑。接下来，细胞的天然DNA修复过程发生，使所需的改变永久化。并非所有类型（TALEN、锌指核酸酶等）的基因编辑都使用向导RNA或Cas9酶的剪刀状特征。
基因编辑可以使用体内或体外方法递送到细胞中。体内意味着基因编辑组件直接递送到体内以在细胞内进行编辑。体外意味着首先将细胞从患者体内取出，然后在专门的实验室中进行编辑并返回患者体内。
1、CRISPR：成簇的、有规律间隔的短回文重复序列
这些系统利用 CRISPR 相关 (Cas) 核酸酶加上引导 RNA 来实现有针对性的、精确的和位点特异性的基因编辑。
2、TALENS：转录激活因子样效应核酸酶
TALEN 不使用 RNA 向导，而是利用蛋白质来靶向并结合特定的 DNA 片段。TALEN 技术需要在每个应用中进行新的蛋白质设计、生产和验证
3、ZFNS：锌指核酸酶zinc finger nucleases
ZFN 在结构上与 TALEN 相似，由与细菌核酸酶融合的锌指蛋白链组成，从而形成针对 DNA 序列内特定位点的系统。
4、碱基编辑
单向导RNA（sgRNA）
与 sgRNA 结合的 CRISPR 相关 (Cas) 核酸酶
4.2 找到正确的序列
预先编程的 sgRNA 针对基因组中的特定序列，然后 Cas 核酸酶开始解开 DNA。
4.3 sgRNA 和 DNA 的碱基配对
一旦 DNA 解开，sgRNA 就可以与其目标 DNA 的互补链进行碱基配对。
4.4 打破DNA
Cas 核酸酶在目标位点的 DNA 中造成双链断裂，然后激活细胞的自然修复并修改基因或其功能。
双链断裂的位置取决于 CRISPR 系统类型。
4.5 修复DNA断裂
Cas 核酸酶造成双链断裂后，DNA 会通过以下两种方式之一进行修复：
非同源末端连接 (NHEJ) 导致目标位点的碱基对插入或缺失 (indel)
同源定向修复 (HDR) 涉及通过目标位点的 DNA 模板进行插入或校正
4.6 破坏、删除、纠正或插入基因
根据修复机制，基因编辑可以导致：
基因破坏
NHEJ 修复 DNA 双链断裂，产生插入或缺失，从而破坏或使基因失活。
基因缺失
DNA 的两个双链断裂同时产生，从而去除了编码基因的中间 DNA 片段。
基因校正或插入
HDR 供体模板可以纠正基因功能或将功能性遗传物质插入基因中。
5、其他技术
基因编辑领域还有许多其他医疗技术正在开发中，包括靶向和切割 DNA 序列的归巢内切酶和巨核酸酶Meganucleases(MegN)，以及生成用于基因改变的RNA模板的首选编辑。基因组编辑也可以通过将腺相关病毒 (AAV) 衍生序列同源重组到患者的DNA中进行。 同源重组是减数分裂（卵细胞和精子细胞的形成）过程中发生的一种基因重组。来自雄性和雌性亲本的配对染色体对齐，因此配对染色体中的相似DNA序列会相互交叉。交叉会导致遗传物质的混杂，这也是我们在儿童身上看到的遗传变异和相似性的原因之一。
二、遗传代谢障碍疾病IEMS与基因编辑疗法
1、遗传代谢障碍疾病IEMS
IEM疾病任何年龄均可发病，可以从胎儿期至老年期间发病，常以1岁为界分为早发型和晚发型，晚发型的患者一般酶活性比早发型的高，所以晚发型疾病程度也会比早发型的轻微，但是目前有些晚发型的患者预后没早发型的好，因为早发型的患者有些出生足跟血时候能筛查出来，或者早期急性期发作在专业的一线城市儿科代谢医生的诊断下确诊疾病，早期诊断进行疾病管理或者手术干预（肝移植）大部分能有正常的发育情况，而晚发型的患者出生时候因为代谢能力好，很多足跟血筛查没能查到异常代谢物，往往儿童晚期或者成年期急性期发作，在临床诊断方面又面临很多曲折，导致无法确诊，不能第一时间确诊，导致有些晚发型患者急性期发作很大可能会致残致死。
晚发型IEM疾病神经系统的临床表现具有高度的异质性，主要表现为癫痫、认知功能减退、精神行为异常、急/慢性脊髓病、运动障碍、周围神经病及肌肉病，而且这部分患者多在首次发病前生长发育正常，所以极易被误诊为后天获得性疾病，如脑炎、脊髓炎或其他变性病。
如果有的IEM疾病因不能及时诊断，以及进行错误的治疗，就会加重患者疾病进程，导致患者致残致死。例如将尿素循环障碍UCD患者，急性期昏迷、谵妄、癫痫、呕吐等症状当脑炎治疗，并进行皮质类固醇与大剂量丙球蛋白静脉注射等错误治疗方法，造成患者脑水肿脑损伤。
更多关于遗传代谢障碍疾病IEMS的介绍可以查看往期文章：遗传代谢障碍疾病IEMs的诊断方法：遗传代谢组学检测
2、IEMS疾病与基因疗法（基因编辑）
IEMs的治疗目标是纠正代谢缺陷，主要治疗原则包括限制缺陷酶底物的摄入的饮食疗法、辅酶因子治疗、排氮剂促进毒性代谢产物排出、鸡尾酒疗法和肝移植疗法等。一大部分IEMs病种可防可控，若及早发现、正确干预，患者甚至可以无病健康生存。
遗传代谢障碍疾病（IEM）当下的治疗方法：
除了一部分类型IEM疾病可以肝移植根治，IEM的目前疗法都不是能治愈这类疾病的疗法，而且有的患者因为未能及时治疗出现脑损伤后遗症，因为脑损伤不可逆，就目前的疗法是不能治疗脑损伤的，未来疗法主要探讨的是治愈性疗法：基因疗法、酶替代疗法、干细胞疗法等，其中基因疗法与酶替代疗法可以根治患者这类代谢障碍疾病，干细胞疗法与脑机接口刺激可以修复人体神经（脑神经与肌肉神经等），这些未来疗法的配合治疗，可以将改变患者目前的医疗困境，此类疗法目前大部分在研发阶段，相信不久的将来会临床应用于患者治疗，现阶段患者需要管理好疾病与营养，等待医疗进步的那一天。
三、研究渠道与风险挑战
1、研究渠道
目前正在临床前研究和临床试验中仔细研究基因编辑方法。临床试验是研究过程的必要部分，旨在了解药物或治疗方法与人体的相互作用方式以及是否安全有效。临床前研究是研究的更早期阶段，在进行人体临床试验之前，在动物或细胞模型中测试治疗的安全性和有效性。临床试验在设计的许多方面可能有所不同。如果您正在考虑通过临床试验进行研究性基因治疗，最好与医疗保健提供者或临床试验研究团队成员讨论您的选择。
2、疾病应用
基因编辑疗法在早期临床研究中取得了积极成果。到目前为止，正在研究针对以下患者的治疗方法：
镰状细胞病（血液病）
某些罕见的遗传性眼部疾病可能导致失明
HIV 1 型（免疫缺陷疾病）
转甲状腺素蛋白 (ATTR) 淀粉样变性（影响心脏和神经系统的疾病）
多发性骨髓瘤（血癌）
囊性纤维化（影响肺部和消化系统的疾病）
3、风险与挑战
与任何医疗干预一样，存在潜在风险，这些风险正在临床前研究和临床试验中进行彻底研究。临床试验中研究的疗法不能保证治愈，也不能保证有益的结果。研究治疗总是有可能不起作用。如果一个人对结果不满意，他可能不会再接受另一剂基因编辑疗法。此外，参加临床试验可能会阻止他将来参加其他试验或接受其他类型的治疗。基因治疗，包括基因编辑，可以改变一生，所以人们应该意识到可能会有目前尚不清楚的长期影响（无论是好的还是坏的）。
由于基因编辑直接改变 DNA，因此存在一些独特的风险，可能会改变治疗的预期效果并导致短期和长期副作用。这些挑战正在被仔细研究，希望未来的治疗方法能够高度准确和安全。
意外的基因修饰：编辑 DNA 序列时，可能会发生意外的基因修饰或染色体重排，尤其是同时进行多个编辑时。
脱靶编辑事件：根据引导序列的不同，还存在修改非所需目标位点的 DNA 位置的风险，这被称为“脱靶”编辑事件。
4、福利与展望
与任何基因疗法一样，基因编辑旨在成为一次性治疗，并产生持久的积极效果，从而终生减缓或阻止疾病进展。然而，这并不能保证，而且这种变化是永久性的。目前仍处于基因编辑发展的早期阶段，这个过程还远未完成。虽然基因编辑疗法仍处于起步阶段，但医生在过去几年中看到的发展为数十万患者及其护理人员带来了光明的未来。最终，希望如果在疾病过程中早期接受基因治疗，它也有可能在损害发生之前阻止损害。
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遗传代谢诊断检测：血尿串联质谱、血气、乳酸、血氨、肝肾功能等
自闭症、脑瘫、癫痫、精神异常、抑郁症、智力障碍等神经异常疾病
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