季維智院士:幹細胞和基因編輯的優勢與挑戰

大數據文摘出品

「金剛狼」、「蜘蛛俠」，這些好萊塢大片裡的超級英雄，都有一個共同特點，那就是他們都通過基因編輯技術改造了生殖細胞。

現實生活中，這種程度的改造技術或許是遙不可及。但是，利用基因編輯技術治療人類的一些疾病是否可以呢？

或許新聞報導中不時的會有相關消息曝出，但是有時候新聞的誇大或者危言聳聽總是耐人尋味... ...

在10月27日，麻省理工Meet35全球科技青年論壇中季維智院士就這一生物科技進展給出了詳細的介紹。

下面是季維智院士的演講，請欣賞：

生命從受精卵和精子受精開始，從此我們要開始面對漫漫人生路。家長期望孩子健康成長、取得好成績。但是慢慢的我們面臨了很多問題，這些問題有環境方面帶來的，有自身身體帶來的。

要想解決這些問題，就需要解決一些重要的基礎問題和開發技術。

在本世紀有兩個最重要的成果，幹細胞和基因編輯。

幹細胞給人類健康帶來了很大的希望，全世界臨床研究註冊中幹細胞研究超過7000例，但還沒有真正用於臨床。

這是因為幹細胞存在一些基礎和應用的問題。理想中的幹細胞能分化成我們所需的細胞、組織或者器官，比如希望用幹細胞修復肝、腎、心等器官和組織。要使幹細胞發揮功能，首先必須具有多能性，但到現在為止人們對多能性的了解還不深入，所以必須進一步研究。

總的來說，幹細胞還有兩個重要的科學問題沒有解決：

幹細胞在不同階段具有不同多能性的機制是什麼。

怎樣拿到能夠形成多種類型幹細胞的細胞。

幹細胞具有多能性有兩個黃金標準：即是否能形成生殖腺的嵌合和是否能形成4倍體補償。目前為止，只有嚙齒類能夠做到這一點，而包括我們人和猴子等靈長類還不能完全做到。

能否真正拿到初始生殖幹細胞，實現生殖腺的轉移仍是一個問題。

2012年，美國科學家認為靈長類的幹細胞沒有多能性，其標準是不能實現嵌合體。但幸運的是，2015年，我們實驗室證明可以實現嵌合體。這項工作的意義在於，如果拿到靈長類的多能性幹細胞，就為將來器官組織的修復奠定了理論基礎。

拿到多能性幹細胞是希望它能形成器官或組織，但它是否會形成腫瘤等必須事先經過動物來檢測。

如果要用幹細胞進行治療，首先我們要解決它的安全性問題。幹細胞具有多能性，這種多能性就意味著它可以在身體內不斷增殖，但如果幹細胞像腫瘤一樣無限增殖下去，長到不該長的地方，就形成了癌症或腫瘤。

因此，我們需要在幹細胞治療之前，對它進行安全性檢測。當然除了安全性檢測外，如果想要讓細胞像藥一樣可以用於治療，它就要像藥一樣經過很多複雜的程序。比如要知道我們用多少劑量，一個人要用多少藥等等。

幹細胞和藥還不同，因為它有不同的細胞類型，我們要用什麼樣的細胞類型治療疾病，也是必須解決但尚未解決的問題。

關於基因編輯。2014年時MIT Under35的領軍人張鋒，利用的就是古細菌當中的Cas9系統進行基因編輯。在此之前，非常傳統的基因編輯是把要編輯的基因用病毒載體注射到身體裡，這種方法效率比較低。

1974年，第一次在小鼠上成功地用病毒載體進行了基因編輯，但這個方法對高等的靈長類動物效率非常低。直到14年後，在2001年才有了第一篇關於猴子基因編輯的論文，但那隻猴子也沒活下去。後來，從2001年到2014年差不多14年間，一共只有六篇相關報導，但都不是穩定的轉基因的工作。

CRISPR和TALEN技術，即精準基因編輯的這些技術給大家帶來了希望。2013年，《Nature》發了一篇文章，核心內容是這個技術能否用到非人靈長類。

非人靈長類的重要性在於它可以幫助我們了解人類疾病的機制，首先是非人靈長類對於了解人類疾病非常重要，第二，在基因編輯中、靶向基因編輯中或者精確基因編輯中如果能用到非人靈長類，那麼未來或許人類也可以應用。

那麼，哪一個國家將會實現第一個非人靈長類的基因編輯呢？

我們實驗室在2014年發了兩篇文章：分別使用CRISPR和TALEN技術編輯猴子的基因。這個工作當時也被《麻省理工科技評論》評為2014年的十大科技突破。

之所以建立靈長類模型有兩個原因：第一，我們可以得到人類疾病高度相似的模型；第二是我們可以理解疾病的機制。

舉一個例子，如果疾病是X染色體上的基因疾病，這個基因缺失導致發病，引起一些社會行為的異常，有點像自閉症，同時腦發育也會異常。但等發病的時候，腦發育已經異常了，無法研究它是如何導致腦發育異常，但用猴子的模型，通過掃描，可以在很早期就看到這些病到底是如何在腦內發展的。

現在實驗室採用的基因編輯技術，大多數是以猴子為主題建立的模型，它的表型不一定非常符合人類。

因此後來又應用了在其他技術上發展起來的鹼基編輯技術。因為我們人類的很多疾病都是一個鹼基的突變引起的疾病。

當然鹼基編輯後來發展了兩個類型，即BI和AB技術，簡而言之，一個是簡單的，另外一個是改進的。

用這個技術做基因敲入，有意思的是，如果鹼基從C變成T就是一種引起腦衰的病，簡稱STPS。而鹼基由A變成G的時候，就會引起心臟病。

當然了，基因編輯也存在一個問題，基因編輯是放到準確的位置上還是到其他的DNA上編輯。目前這個問題一直在爭論，但是在猴子上做的實驗，尚未發現基因的脫靶效應。

如果要用基因編輯技術來解決人類問題、治療人類疾病，目前的技術中整個系統尚未成熟，如果要用現在的病毒載體將這些分子送到體內，還是有限制的，所以未來還有很長的路要走。

OMT

昆明理工大學靈長類轉化醫學研究院院長 ，昆明理工大學特聘教授 ，博士研究生導師。歷任中國科學院昆明研究室副主任、主任、副所長。歷任中國科學院昆明研究所第四任所長、所黨委委員、研究員。雲南省動物生殖生物學重點實驗室主任。2017年11月，當選中國科學院院士。

10月27日，由《麻省理工科技評論》、DeepTech深科技聯合主辦，梅賽德斯-奔馳特別呈現的「全球科技青年論壇——Meet 35」在北京嘉裡大酒店舉行。在這次盛會上，來自宜信、騰訊、英偉達、搜狗、華為、英特爾、商湯科技等前沿科技企業的精英們共聚一堂，探討了當下的前沿科技和商業倫理。

【今日機器學習概念】