《細胞》：CRISPR編輯人類胚胎存在重大隱患

2020-11-13 醫學顧事



《細胞》雜誌在線發表了一篇關於CRISPR編輯人類胚胎的重要論文，指出這種工具在編輯特定的基因後，有可能會移除一大段染色體！



CRISPR基因編輯工具是本世紀以來生物技術領域取得的最大突破之一，也在幾周前斬獲了諾貝爾化學獎的殊榮。使用這種工具，科學家們能夠快速對細胞進行基因編輯，大大提高研究的效率。


但在編輯人類胚胎上，CRISPR卻始終充滿了爭議。這不僅有著倫理上的問題，也有著技術上的隱患。在本篇《細胞》論文中，科學家們評估了使用CRISPR工具修復一條致盲基因的可能性。這條基因叫做EYS，其中的一些突變（如移碼突變）會導致遺傳性眼盲。


▲位於6號染色體的EYS基因發生移碼突變時，會導致遺傳性眼盲（圖片來源：參考資料[1]）


為了矯正EYS基因突變，他們招募了一名眼盲患者，請他捐獻精子，並將精子和CRISPR編輯工具一同注射入卵細胞中。理論上說，這有望在胚胎細胞的發育過程中修復突變，產生健康的胚胎。類似的，科學家們也做了另外一種嘗試：先讓卵細胞受精，再在發育到雙細胞階段的時候引入CRISPR編輯工具，進行修復。


對於出現移碼突變的EYS基因，研究人員預計會出現兩種基因編輯結果：第一種是精準的修復，產生完全正常的基因；另一種是在編輯位點出現一些序列的插入或刪除，矯正移碼突變。換句話說，修復雖然不完美，但也可以產生具有正常功能的蛋白產物。


初看之下，實驗還算順利。在後續的簡單測序中，研究人員們發現在進行基因修復的20個胚胎中，有17個胚胎已經檢測不出突變的EYS基因。


圖片來源：123RF


這不就說明基因編輯成功了嗎？未必。科學家們在實驗結果的解讀上顯得非常謹慎——檢測不出突變基因，有可能是因為這些基因得到了修復，也有可能是因為來自精子的突變基因片段丟失了。


分析了這些早期胚胎的基因組後，研究人員們觀察到了第三種，也是一種沒有預料到的結果——在CRISPR技術的編輯下，有一半的雙鏈DNA斷裂沒有得到修復，這導致突變EYS基因所在的6號染色體出現了部分丟失，甚至是完全丟失！這也表明使用CRISPR技術編輯人類胚胎，還存在很大的挑戰。


▲研究示意圖（圖片來源：參考資料[1]）


該研究的官方新聞稿指出，2017年的一項研究表明可以通過CRISPR技術修復人類胚胎中導致心臟病的一個突變，而本研究則給當時的結果籠罩上了一層疑云：我們不確定3年前的那項研究究竟是因為基因編輯的成功，還是因為相應染色體片段的丟失。


「我們的研究表明在這個人類發育階段，CRISPR/Cas9系統還沒有完全準備好進入臨床，修復突變。」本研究的通訊作者Dieter Egli教授說道，「如果2年前就知道我們的結果，我懷疑是否還會有人在臨床上用CRISPR去編輯人類的胚胎。」


研究人員們期望這些結果可以打消那些不成熟、不負責的臨床嘗試的想法，並推動更安全、更有效技術的誕生。


參考資料：

[1] Michael V. Zuccaro et al., (2020), Allele-Specific Chromosome Removal after Cas9 Cleavage in Human Embryos, Cell, DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.10.025

[2] Study Identifies Pitfall for Correcting Mutations in Human Embryos with CRISPR, Retrieved October 29, 2020, from https://www.cuimc.columbia.edu/news/study-identifies-pitfall-correcting-mutations-human-embryos-crispr

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