人類胚胎基因編輯實驗成功?談談這項技術

據8月Nature雜誌報道，由Mitalipov領導的國際研究團隊完成了美國第一例人類胚胎基因編輯的研究。該團隊在美國俄勒岡健康與科學大學，運用Crispr/Cas9基因定向編輯技術，成功將人類胚胎中的突變基因MYBPC3修正，從而在根源上治療了一種叫「肥厚性心肌病（HCM）」的遺傳疾病。毫無疑問，這將會是生物及醫學界里程碑級的重大事件，但是人們不僅沒有對此感到興奮，反而覺得十分不安。

「When will we be prepared to say we are justified to use gene editing for human enhancement purposes?」

（我們什麼時候才能有正當的理由聲稱我們使用基因編輯技術是為了增強人類？）

——Nobel Laureate David Baltimore

諾貝爾獎得主、加利福尼亞理工學院病毒學家David Baltimore在15年華盛頓特區的人類基因編輯峰會開幕式上說的這句話，委婉地道出了基因編輯技術發展道路上永遠不可能迴避的問題——倫理。其實自從基因編輯技術開始發展以來，有關該技術引發的科學倫理問題也從未停止過。雖然通過科學技術的進步，人類已經測出了DNA的完整序列，但它卻像是本厚厚的無字天書，藏著無窮的秘密。在還遠未完全了解DNA的情況下，就開始了對其的修改編輯實驗，帶來的結果是無法預知的。從生命到DNA的探索過程，恰如從宏觀物質深入到原子內部，也正是由於見識了原子彈的可怕力量，人們才把DNA視如充滿誘惑的潘多拉魔盒。

而此次的人類胚胎DNA編輯實驗，更是將這一倫理問題推上了前所未有的激烈程度。由於涉及到人類胚胎，文章於8月初發表之後，短短一周時間內，國內外各大科學媒體均在第一時間紛紛進行了轉載以及報道。來自生命學科的各個領域專家從未如此專註而迫切地討論甚至是爭論這個問題，因為它已經無限逼近基因工程的研究禁區：DNA定製。一方面，基因編輯可以完美治癒大部分遺傳性疾病，而另一方面，這種技術的存在允許人類定製DNA，其後果是無法預估的。

基因編輯的關鍵技術：Crispr/Cas9

▲Crispr免疫防禦機製作用圖（摘自維基百科）

Crispr（Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats）是細菌和古細菌在長期演化過程中形成的一種適應性免疫防禦，可用來對抗入侵的病毒及外源DNA。其具體免疫原理是能將特定的外來DNA片段精確切除。而Crispr/Cas9則是crRNA（ CRISPR-derived RNA ）通過鹼基配對與 tracrRNA （trans-activating RNA ）結合形成tracrRNA/crRNA複合物，此複合物引導核酸酶Cas9蛋白在與crRNA配對的序列靶位點剪切雙鏈DNA。而通過人工設計這兩種RNA，可以改造形成具有引導作用的sgRNA （singleguide RNA ），足以引導Cas9對DNA的定點切割。

「請說中文。」

「額……」

打個形象的比方：如果把Crispr比作一把剪刀，他可以實現對DNA的剪斷切除，而sgRNA則是這把剪刀的眼睛，於是人為對RNA進行設計之後，Crispr/Cas9系統可以做到精確地剪斷DNA的特定部位，想剪哪兒剪哪兒。如果同時注入新的DNA片段，那麼基因就會將新的DNA片段代替被剪掉的原始片段，從而完成整個編輯過程。例如前已述及的胚胎編輯實驗，就是通過先將肥厚性心肌病（HCM）的致病基因切除，再引入新的健康基因片段代替，從而永久治療這一遺傳疾病。

▲「基因剪刀」和導向RNA

在Crispr技術之前，對基因編輯的研究主要是運用先將特定的DNA片段插入到小鼠胚胎幹細胞中，在將修飾過的幹細胞植入到早期胚胎（即囊胚）中，然後將發育中的細胞移植到雌性小鼠中。通過這種方式建立單基因敲出的小鼠品系可能需要花費數年和數十萬美元的成本。而Crisper技術由於核酸酶ZFN和TALEN的發現從而能繞過幹細胞這一步驟，使基因編輯過程變得出乎意料的異常廉價而高效。但是，該技術會造成比較的嚴重的脫靶效應（off target），即它會對其他無關的DNA片段進行編輯，因此解決脫靶效應成為了技術進步的研究關鍵。

▲Crispr基因之剪

其實早在幾年之前，對Crispr技術的研究工作就已經開始。2008年8月，荷蘭瓦赫寧根(Wageningen)大學的John vander Oost等人在Science上發表了第一個直接由程序設計的基於CRISPR的免疫的實驗論文。這篇文章出來后，引起了河北科技大學韓春雨副教授的高度重視，他的研究團隊於2016年5月2號在NatureBiotechnology雜誌發表了一篇題為「DNA-guided genome editing using the Natronobacterium gregoryi Argonaute」的Article文章。隨後幾年裡，加拿大拉瓦爾(Laval) 大學的SylvainMoineau團隊、瑞典于默奧大學的法國女科學家Emmanuelle Charpentier、立陶宛維爾紐斯 (Vilnius) 大學的VirginijusSiksnys等等團隊紛紛加入了該領域的研究。直到2013年，中山大學黃俊菊發表了題為「人類三核合子中的CRISPR/Cas9介導的基因編輯」的文章，讓該技術得到了科學家們的高度重視，因為它是Crispr技術首次被用於人類基因編輯的研究。但該文章結論得出：CRISPR/Cas9技術會造成嚴重的脫靶效應，證明了相關研究尚未成熟。

而此次美國關於人類胚胎的DNA基因編輯實驗，只發生了輕微的脫靶效應，它在某種程度上緩解了人們對該技術的不安。

爭論從未停止

如果條件允許，你會修改自己孩子的DNA嗎？

其實每個人都應該停下手中的工作，花五分鐘好好想想這個問題。

對於那些攜帶有遺傳病基因的患者來說，答案無疑是肯定的。在面對採訪時，美國肥厚性心肌病協會的創辦者索爾伯格表示：「相對於治療費用，我認為選擇CRISPR技術相對更加便宜。更重要的是，如果我1967年出生時媽媽能選用CRISPR移除這種變異基因，我就會過上另一種完全不同的健康生活。」誠然，基因編輯能夠帶來醫學方面無與倫比的突破性進展，他還能夠加速人類進化，使人類成為更加完美的種類。而由於基因編輯帶來的不可預計的後果，也成為人們擔憂的隱患。

人心是永遠無法滿足的，就像整容一樣，一旦開始，就根本停不下來。那些選擇基因編輯的人無論一開始是出於疾病治療亦或是其他目的，他們只會越來越傾向於不斷打造更完美的基因，生產各種各樣的「定製寶寶」。而且它還會加速分化效應，那些有資本進行基因修改的個體，會因此變得更加優秀，從而擁有能力進行更多的基因修改直至完美。這在某種程度上是違背倫理的，因為寶寶們在被修改之前，根本無法表達自己是否願意接受修改。而且這種基因修改已經不僅僅隻影響被修改的個體，它會伴隨著遺傳影響整個家族種系。更可怕的是，如果出於技術失誤或是邪惡的目的，基因編輯也會打造出另一個「弗蘭肯斯坦」怪物，其後果是不堪設想的。

上帝之手還是惡魔之吻？它是一個讓人畏懼的武器。

技術的發展是無法被阻礙的，如何健康和合理的支持這樣的技術發展，並進行有效的管理才是更為核心的問題，這也意味著生命倫理研究人員、大學和研究經費管理機構需要迅速地跟進和制定相應的管理策略。好在科學、政治家們對相關問題已經高度重視，關於基因的倫理討論也達到了基本的一致。美國國會已經禁止美國食品和藥物管理局批准涉及胚胎編輯的臨床試驗，也禁止相關研究使用國家科研基金。除此以外，Nature以及Science也紛紛發文表態：禁止任何人類生殖細胞的基因組編輯在臨床上應用；鼓勵並支持在人類和非人類模式生物中，研究Crispr/Cas9技術的編輯效率和特異性，探索該技術在人類生殖細胞中的應用潛力。並呼籲建立科學界和生物倫理領域的專家論壇，召開基因組編輯技術的開發者和用戶的全球代表大會，制定相關政策。

不過他們似乎對該呼籲不怎麼上心。「我沒有看到任何暫停研究的理由。」英國曼徹斯特大學的生物倫理學家約翰·哈里斯（John Harris）如是說，而且他們現在正忙於為了爭奪Crispr相關專利技術而打得不可開交，似乎並不能心平氣和地坐下來好好談談。（歐洲專利局EPO於7月27號表示，他們計劃授予Millipore Sigma一項關鍵的CRISPR專利，即利用CRISPR將基因接合到真核細胞中。）

▲科學家們在基因的海洋里衝浪

而國內的相關政策則更加開放，2016年5月，河北科技大學韓春雨及其同事在Nature Biotechnology發表了一篇論文，介紹了使用生物體天竺葵（NgAgo）Argonaute核酸酶的基因編輯系統。（Janthy君：該篇文章引發了劇烈反響，甚至被媒體認為足以申請諾貝爾獎。作者也一舉成名，當選河北科技協會副會長，獲得河北最美教師稱號，還在八月拿到了河北政府3200萬美金的研究基金。但是由於業內同行們沒能重複他的實驗，從而對他的研究成果產生了很大的質疑，最後他撤稿了。）而以中山大學為代表的至少四個國內研究團隊正在進行相關的研究工作，也取得了引人注目的研究成果，可以說是佔據著該領域的前沿地位了。更多精彩關注微信公眾號「木木西里」，發布前沿學術動態，分享最新科技資訊。