《自然》子刊：CRISPR的阴暗面！科学家发现Cas9蛋白表达会特异性激活p53途径，增加p53突变的出现 | 科学大发现

2026-11-08

常言道，技术是把双刃剑。
身为科研利器的CRISPR-Cas9技术，暴露了它朝向执剑人的锋利一面。
近期，《自然·遗传学》杂志报道了一项最近研究成果，来自哈佛医学院的科研团队证实， Cas9蛋白表达本身就会特异性激活细胞中的p53通路，并诱导p53失活突变的出现和扩增[1] 。
这意味着利用CRISPR-Cas9技术编辑基因，会促进p53突变细胞的出现，影响细胞对遗传变异和药物的敏感性，甚至导致癌症的发生。

文章图片
图源|pixabay
在2018年年中，《自然医学》杂志曾同期刊登了两篇背靠背论文，两个科研团队独立发现了CRISPR-Cas9基因编辑过程中由DNA双链断裂引起的p53通路激活，提示基因编辑成功的细胞很可能具有p53缺陷，也就是潜在的癌细胞。
不过细想这事儿也算不得稀奇，毕竟p53本身的职责范围就包括对DNA损伤的修复， “干扰”CRISPR-Cas9起效，又或者是让损伤细胞自杀，这都是本职工作。当时研究者们认为，不涉及切断DNA双链，那么这种风险还是可以规避的。
不过， Cas9蛋白本身的表达，是否就毫无担心之处呢？
真相显然并不让人放心。
为了搞清楚这个问题，研究者们对165个表达Cas9的细胞系和它们对应的野生型细胞进行L1000分析[2] ，结果在二者之间观察到了巨大的转录差异， 87个（中位数）基因的表达差在两倍以上。基因集富集分析（GSEA）[3]显示差异表达的基因普遍位于MSigDB标志基因集中[4] 。

文章图片
大量基因表达出现了差异
那么，与野生型细胞对比在表达Cas9的细胞中是否有一些特定的被激活的基因呢？
有的，那就是p53 。
在GSEA分析结果中， 15.2%的细胞系都表现出p53通路的显著激活，而且值得注意的是这个比例在p53正常的细胞系中是33% ，在p53突变的细胞系中则只有9% 。免疫印迹法也证实， Cas9表达会引发正常p53细胞相关通路的激活。 RT-qPCR则显示，多个p53转录靶点mRNA水平升高了。
为了排除其他干扰因素，研究者还做了进一步的对比实验，确定对p53的激活确实是由Cas9表达引起的，而不是病毒转导、其他基因过表达的影响或者是技术问题导致的。
除了p53之外， NF-κB信号也表现出了高度激活。这二者都是DNA损伤的监视者，很明显， Cas9表达后存在DNA损伤。
这一点也在接下来的实验里得到了证实。一方面，研究者观察到了19.4%对细胞系中出现了DNA修复信号的富集；另一方面，免疫荧光检测也证实Cas9表达增加了DNA双链断裂的数量。

文章图片
免疫荧光显示Cas9表达增加了DNA双链断裂
P53是基因编辑的一道屏障，反过来想， Cas9的引入也会使得p53失活的细胞更容易存活。为了验证这个猜想，研究者对42对细胞系中447个癌基因进行了外显子组测序，测序深度达到283x 。
如果只考虑编码序列的非同义单核苷酸突变（SNVs）和插入缺失（indel），与野生型细胞对比，平均每个表达Cas9的细胞系新增了2.6个突变，丢失了1.3个突变。总的来说， Cas9的引入带来了4.5个非沉默癌基因突变。
在最容易获得新突变的基因中， p53正排在前4% 。

文章图片
Cas9引入易导致突变的基因（局部）
研究者还分析了所有447个癌基因的扩增趋势，对比了p53和其他所有基因出现沉默突变和非沉默突变的比例， p53同样名列前茅。与其他对照实验的结果相比，可以认为， Cas9表达对p53失活突变有独特的选择性，明显区别于其他的肿瘤抑制基因突变。
研究者进一步测试了Cas9诱导p53激活的影响，发现表达Cas9的细胞对MDM2抑制剂nutlin-3的药物敏感性显著上升了。
简单总结一下，在人类细胞系中引入Cas9表达会激活p53通路，诱导p53突变的出现和扩增。 Cas9诱导的DNA损伤可能是p53活化的基础，但是其间具体的分子机制还有待进一步阐明。
虽然既往研究认为，病毒转导以及sgRNA的存在会导致p53激活，不过本研究证实，仅仅Cas9表达本身就会诱导特异性p53激活，这将对细胞的功能产生不可知的影响，成为CRISPR技术应用中的未知数。
编辑神叨叨
由奇点糕历时3个月打造的音频课程《小细胞肺癌8讲》重磅上线啦～我们用8讲的课程，帮您回顾了小细胞肺癌领域近30年来的重要探索和进展。只需80分钟，即可纵览小细胞肺癌领域的前沿学术进展。
长按识别下图中的二维码，即可购买这套超值的音频课程。认证用户，仅需9.9元！

文章图片
此外，我们还准备了少量纸质版讲义，购买课程后加主编微信即可免费申领，先到先得！
参考资料：
[1]EnacheOM,RendoV,AbdusamadM,etal.Cas9activatesthep53pathwayandselectsforp53-inactivatingmutations[J].NatureGenetics,2020:1-7.
[2]Subramanian,A.etal.Anextgenerationconnectivitymap:L1000platformandthefrst1,000,000profles.Cell171,1437–1452e17(2017).
[3]Liberzon,A.etal.TeMolecularSignaturesDatabase(MSigDB)hallmarkgenesetcollection.CellSyst.1,417–425(2015).

文章图片
【《自然》子刊：CRISPR的阴暗面！科学家发现Cas9蛋白表达会特异性激活p53途径，增加p53突变的出现 | 科学大发现】本文作者|代丝雨

推荐阅读

上一篇：彻夜失眠该不该吃药？正确服安眠药找回你的晚安

下一篇：10天减重10斤的高效减肥法，简单却不推荐