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年，在国际上是基因治疗光环加持的一年，来自法籍微生物学家EmmanuelleCharpentier博士和美国国家科学院院士JenniferA.Doudna博士获得了年诺贝尔化学奖，以表彰其在基因编辑方面作出的卓越贡献。
这两位女科学家共同发现了Cas9的切割作用和crRNA的定位作用，并将crRNA与tracrRNA可以融合成单链引导RNA（sgRNA）。这正是当下最为热门的CRISPR/Cas9基因编辑技术，被誉为基因技术中迄今为止最厉害的分子工具。
这里多提一句，Charpentier博士与Doudna博士此前曾与华人科学家张锋在年有过关于CRISPR/Cas9的专利之争，不过这场争夺战以张锋博士获胜告终；不过这次Charpentier博士与Doudna博士斩获年诺奖，也是学术界对其二人在基因编辑领域上研究成果的极大肯定。
CRISPR/Cas9只是基因编辑工具中最常使用到的一把“基因剪刀”，对于整个基因治疗行业而言，只有基因编辑工具是远远不够的，还有太多的技术难关需要去攻克，逐步统一才能形成一个完整的基因治疗链条。
01什么是基因治疗？
严格意义上来说，基因治疗是指通过技术手段将正常的外源基因导入靶细胞，在正常基因的作用下，治疗因基因缺陷、异常引发的疾病。这也就意味着基因治疗的核心在于对疾病根源——异常DNA的本身进行了精准打击，而打击的方式从狭义上来说，是通过正常外源基因的直接置换或增补，广义上来说通过外源基因在患者体内表达的产物能够治疗某种疾病，也可以称之为基因治疗。
基因治疗的基本流程
通过对基因治疗概念的界定，我们可以发现，基因治疗过程中有一个非常关键的步骤，即外源基因的导入。正常外源基因导入靶细胞中的方式有多种，最常见的方式是生物学方法，即病毒转染。此外，外源基因导入还有物理法和化学法，分别通过显微注射、DNA微细颗粒培养等方式实现，不过物理法和化学法相对生物法来说因其导入效率极低，所以致使应用并不广泛，应用场景局限。
外源基因导入靶细胞的几种方式对比（病毒转染对比）
前文提及的CRISPR/Cas9正是基因编辑的“明星技术”，这是狭义基因治疗过程中，外源基因在已经导入靶细胞后，需要将外源基因整合到靶细胞中的目标基因上时采取的一种基因编辑手段。当然，基因编辑手段远不止此，现有的基因编辑手段包括但不仅限于ZFN、TALEN、Cre/loxP以及转座子插入等。
几种基因编辑技术的对比
与其他的基因编辑技术不同，同源重组（HR）下的基因改造没有借助特定的“剪刀酶”等工具，而是应用DNA同源重组的天然特性，将两条相似（同源）链之间遗传信息进行交换（重组），是最早期的一种基因编辑手段。科研人员通过生产和分离带有与待编辑基因组部分相似的基因组序列的DNA片段，将这些片段导入靶细胞，便可与靶细胞的DNA重组，以取代基因组的目标部分。
同源重组作用下的基因编辑又被称之为“基因打靶”或“基因靶向技术”，在细胞内存在同源序列的情况下插入外源DNA序列，对目标基因或基因的部分序列进行替换、删除。不过该技术出错率高、效率极低，并且目前只能在一些DNA重组频率低的物种中进行，例如微生物、苔藓植物等。
除了特别的HR，转座子作用下的基因改造以及巨型核酸酶作用下的基因改造我们也不做过多的解读，因为这两种技术在产业中应用非常少。虽然这两种技术都是依赖人体内天然存在的作用机制以此进行基因编辑，但是转座子的编辑是随机的、跳跃的，难以控制；巨型核酸酶的编辑效率极低，精准度难以控制。两项技术都难以满足日益扩大的基因功能研究的需求。
重点解读一下CRISPR/Cas9、Cre/loxP以及ZFNs、TALEN这4种常见的基因编辑技术。
CRISPR/Cas9是目前应用最广泛的基因编辑工具，被发现与细菌的适应性免疫有关，并且这种机制在细菌和古细菌中普遍存在。简单来说，就是在生命的进化史上，细菌为了避免病毒将病毒DNA整合到自己DNA序列上，衍生出的一种能够将病毒基因从自己的基因组上切除的特有的免疫系统。这种作用与真核生物中RNA干扰（RNAi）原理相似。
科学家们利用这种系统的作用机制，开发了CRISPR/Cas9基因编辑工具，把待编辑的细胞基因组DNA看作病毒或外源DNA，将其精确剪切；如果在此基础上为细胞引入一个修复的模板质粒（供体DNA分子），这样细胞就会按照提供的模板在修复过程中引入片段插入或定点突变，这样就可以实现基因的替换或者突变。
如果说CRISPR/Cas9是“猎枪”，那么Cre/loxP就是“陷阱”。“Cre/loxP陷阱”由Cre重组酶与loxP位点组成。Cre重组酶是在P1噬菌体中发现的一种位点特异性的DNA重组酶；loxP同样是来源于噬菌体P1上的一段特殊的DNA序列。
Cre重组酶能够介导loxp位点间的序列删除或重组：当靶位点两端两个loxP位点位于同一条DNA链上且方向相同，Cre重组酶则介导loxP间的序列切除；反之，则介导反转；如果两个loxP位点位于不同的DNA链或染色体上，Cre重组酶介导两条DNA链发生交换或染色体易位。
与CRISPR/Cas9和Cre/loxP系统不同，ZFNs和TALEN的基因编辑则更加简单直接。我们可以直接将其理解为“基因剪刀”——可以切割特定DNA序列的限制酶，这些经过人工改造后的核酸酶/限制酶，可以定向切割特定位点的靶向序列，并配合DNA修复系统修复过程中产生的随机突变或定制的序列，从而实现基因定点改造。
值得一提的是，并非由基因编辑参与的药物治疗就能称之为基因治疗，业界也有大多企业通过基因编辑手段获得工程药物，并将其疗法称之为基因治疗，这其实是不严谨的说法。
02基因治疗的热门载体：AAV病毒
从历史上看，人类对基因治疗疾病的探索可以追溯到年，Szybalski等人初次发现Ca2﹢有刺激DNA转入细胞的作用，为后来科学家们人工转移遗传物质埋下了伏笔。
学术界公认的首次基因治疗是在年，美国科学家在德国通过病毒注入的方式，尝试使患者体内缺乏的酶恢复到正常水平，最终结果虽无疗效也无副作用。
经过近50年的发展，人类在基因治疗上已经迈出了这个“大跨步”。
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