旅美俄羅斯學(xué)者帶領(lǐng)華人率先突破人類生殖細(xì)胞基因修飾 | 前沿
? Mitalipov是一位出色的胚胎干細(xì)胞學(xué)者，但也是生物領(lǐng)域一位名副其實(shí)的“壞小子”，圖片來自alchetron.com
撰文 | 葉水送
責(zé)編 | 徐 可
數(shù)天前，《麻省理工科技評論》提前獲知，美國俄勒岡健康科學(xué)大學(xué)胚胎細(xì)胞和基因治療中心主任Shoukhrat Mitalipov正在醞釀一個大新聞，他領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團(tuán)隊(duì)正在用CRISPR技術(shù)修飾人類胚胎細(xì)胞。這可能是已知的、美國本土第一例有關(guān)人類胚胎編輯的研究。
此前，很多人認(rèn)為這樣的試驗(yàn)不太可能在美國出現(xiàn)。這則消息引起輿論一片嘩然。在正式文章發(fā)表之前，Mitalipov曾拒絕予以評論。
8月3日，Mitalipov領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，在基因編輯的準(zhǔn)確率以及效率上更進(jìn)一步，相關(guān)研究以“Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos”（修復(fù)人類胚胎中一個致病的基因突變）為題，發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上。參與的單位主要有俄勒岡健康科學(xué)大學(xué)、韓國國立首爾大學(xué)、Salk研究所等。值得注意的是，深圳華大基因也參與了這項(xiàng)工作，主要負(fù)責(zé)胚胎全基因組測序數(shù)據(jù)的驗(yàn)證工作。
? 論文的兩個華人共同第一作者(共四位) Hong Ma和Jun Wu，分別來自O(shè)SHU和Salk研究所
? 這項(xiàng)研究的主導(dǎo)者M(jìn)italipov于2017年入選國家“千人計(jì)劃”外專名單，圖片截自山大
從2015年至2017年，在已知的公開報(bào)道中，只有中國的三個各自獨(dú)立的研究團(tuán)隊(duì)分別進(jìn)行了人類胚胎基因修飾的研究，但均得出一致的結(jié)論：用基因編輯技術(shù)修飾人類胚胎中的突變，為時尚早。
7月31日，正當(dāng)輿論討論應(yīng)不應(yīng)該編輯人類的胚胎細(xì)胞時，CRISPR技術(shù)先驅(qū)、Broad研究所科學(xué)家張鋒與 David Scott在Nature Medicine發(fā)表了一篇論文，指出基因編輯技術(shù)如果作為治療性技術(shù)，其安全性和有效性仍有待提高。他們通過大規(guī)模的基因數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)基因突變會影響向?qū)NA的靶向位置的準(zhǔn)確性，從而影響基因編輯的效率，因此大規(guī)模地設(shè)計(jì)向?qū)NA，或許能使得基因編輯更有效和更安全。
此次，Mitalipov領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)陣容豪華，由國際知名胚胎干細(xì)胞學(xué)者和基因編輯專家組成，研究結(jié)果認(rèn)為，基因編輯可精確并高效地修復(fù)人類胚胎的基因缺陷。
? 左邊為正常心臟，右邊為肥厚型心肌病患者的心臟，圖片來自WikiJournal of Medicine
研究者對正常女性提供的卵細(xì)胞以及攜帶MYBPC3基因突變的男性提供的精細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。攜帶MYBPC3基因突變的患者，會引起肥厚型心肌病，該疾病只在成人中出現(xiàn)，發(fā)生的概率大約為1/500，會導(dǎo)致患者出現(xiàn)心臟衰竭或猝死。
在肥厚型心肌患者中，只要他們攜帶MYBPC3一個突變拷貝，就可引起該癥狀，盡管現(xiàn)有的治療方法可以緩解該癥狀，但是難以達(dá)到治愈的效果。
? 兩種基因編輯方案的比較，圖片來自Ma et al, 2017
研究者比較了兩種不同的解決方案。一種方案是首先將精細(xì)胞打入到卵細(xì)胞中，然后將Cas9酶和向?qū)NA系統(tǒng)轉(zhuǎn)入受精的卵細(xì)胞中，通過向?qū)NA來靶向突變的基因位點(diǎn)，該操作流程有效性比較低，且容易形成嵌合體（如圖A）。
于是他們在這項(xiàng)研究中，采用了另一個替代的方案，同時把基因編輯系統(tǒng)及精子注入到卵細(xì)胞中，Cas9酶切開突變位點(diǎn)，然后精細(xì)胞的DNA鏈會啟動替代DNA修復(fù)系統(tǒng)機(jī)制（Alternative DNA repair system），以卵細(xì)胞的DNA鏈為模板，進(jìn)行修復(fù)，從而達(dá)到基因突變位點(diǎn)修復(fù)的目的（如圖B）。
這一技術(shù)使得可獲得的健康細(xì)胞比例從50%提升至72.4%。至于為何還有26.6%比例的細(xì)胞仍未被準(zhǔn)確修復(fù)，研究者表示，這是由于在切除位點(diǎn)時，仍存在隨機(jī)插入及刪除的基因片段所導(dǎo)致。這也意味著，如果將其應(yīng)用于臨床，仍需要提高這一工具的準(zhǔn)確率。
? 左圖為尚未基因編輯的受精卵，右圖為已經(jīng)過基因修飾的受精卵8細(xì)胞期。圖片來自Ma et al, 2017.
盡管這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是在美國倫理委員會的指導(dǎo)原則下進(jìn)行的，也通過了相關(guān)審批，但在美國，從事這類研究，仍不會得到NIH這樣的政府資金資助，美國國會也禁止FDA對涉及人類基因編輯的臨床試驗(yàn)開綠燈。
但隨著基因編輯技術(shù)的發(fā)展，基因編輯的倫理紅線也越來越模糊。
2017年2月，美國科學(xué)院公布了一份題為《人類基因編輯：科學(xué)、倫理以及監(jiān)管》（Human Genome Editing: Science, Ethics, and Governance）的報(bào)告。這份報(bào)告指出：對人類生殖細(xì)胞基因編輯，只能在非常有限的情況下才能進(jìn)行，且需通過倫理審批，比如僅限于對嚴(yán)重疾病使用；僅限于對病情有充分認(rèn)識的情況下使用；有充分的臨床前和臨床數(shù)據(jù)，對患者的疾病風(fēng)險(xiǎn)及獲益充分評估等。
不同觀點(diǎn)的碰撞
人類胚胎干細(xì)胞的基因編輯，擁有非常廣闊的應(yīng)用前景。對于那些遺傳疾病的攜帶者來說，如果想生育健康的后代，這一技術(shù)可能是他們的最后希望。
但它同樣充滿了爭議，比如對生殖細(xì)胞的基因修飾可以傳遞到下一代，這些人為改變有可能影響人類進(jìn)化的路徑，而父母則可能利用這項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)出所謂的“完美寶寶”，因此一直是備受公眾關(guān)注的話題。
即使是這項(xiàng)研究的作者，也在強(qiáng)調(diào)應(yīng)加強(qiáng)對倫理方面的關(guān)注以及贏得社會共識。如下為參與以及未參與此項(xiàng)研究的部分學(xué)者，對人類胚胎細(xì)胞的基因編輯主要觀點(diǎn)：
參考資料
Ma H et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos.Nature,2017. doi:10.1038/nature23305
Using CRISPR, scientists efficiently edit genome of viable human embryos. STATNEWS. 2017.
Winblad N & Lanner F. At the heart of gene edits in human embryos. Nature News. 2017.
制版編輯：常春藤丨
