4月18日,生物學雜誌《蛋白質與細胞》(Protein & Cell)在線發表了中山大學副教授黃軍就的研究:他們利用一種叫做CRISPR/Cas9的工具成功修改了多個人類三原核受精卵中編碼血紅蛋白beta亞基的基因HBB。這是第一次發表編輯人類胚胎基因組的研究。
這一結果不但揭示了基因組編輯技術走向臨床前必須攻克的若干技術問題,也重燃了生命科學界的一個重大爭論——人類是否應該修改自身的基因。
長期以來,由於缺乏足夠高效的工具,對包括人類在內的靈長類動物進行基因修飾一直是個根本無從下手的難題,而CRISPR/Cas9系統的橫空出世,直接將這個長期停滯不前的進程一舉推進到了實際應用的階段。
大約在一年前,昆明動物所的季維智研究員利用CRISPR/Cas9系統成功製造出了兩隻經過基因修飾的嵌合體獼猴,從而證明了CRISPR/Cas9系統在靈長類身上的可行性,自此編輯人類基因也就是一個時間問題了。
世界上第一對利用CRISPR/Cas9技術得到的基因修飾猴
黃軍就的團隊也考慮了實驗倫理問題,他們刻意挑選了一種不能正常發育成個體的畸形受精卵——這些受精卵是在人工授精過程中,一個卵子意外被兩個精子同時受精而產生,它會形成一種具有三套染色體(三倍體)的異常胚胎,因而無法正常發育。
而且,研究團隊只讓這種受精卵存活了48小時(大約會發育到八細胞期)便終止發育。
黃軍就團隊選取的三原核受精卵
不過即便如此,這項研究還是在業內掀起了不小的爭議。據《自然》新聞的消息,黃軍本人就表示,他的這項研究沒能發表在諸如《自然》或《科學》等國際一線期刊的原因之一就是倫理爭議。
倫敦大學的遺傳學家雪莉·霍奇森(Shirley Hodgson)表示:「我認為這樣的研究已經明顯遠離了目前可接受的科研範疇。」
那麼,這樣的技術是否應當用於人類自身呢?一種聲音認為,這些基因改造技術可以用來幫助遺傳病患者,讓他們及其後代都免除家族性疾病的夢魘。
事實上,自從CRISPR/Cas9技術問世以來,已經有一系列的動物實驗表明,有針對性地對胚胎乃至成年個體使用這類技術,可以達到傳統方法難以比擬的療效。如果類似的方法被用在人類身上,受益人數勢必難以估量。
然而目前,在英國和德國等歐洲國家,對人類生殖系進行基因操縱的研究是被法律禁止的,而在美國,這樣的研究只能在嚴格的管制下用非聯邦的經費進行。
肯特大學的生物學教授戴倫·格裡芬(Darren Griffin)說:「隨著CRISPR/Cas9的廣泛運用,(像黃軍就團隊)這樣的研究結果遲早會出現。如果這項技術被證明是安全的,問題才變成將這項技術運用到臨床是否有違倫理道德。「
然而,即便拋開倫理因素,黃軍就的研究也證明這項技術目前還遠未成熟。對三原核受精卵中HBB的修改遭遇了不小的障礙。
研究者對54個經過基因修改並存活下來的三原核受精卵進行了基因檢測,其中只有28個的目標片段被成功剪切。
此外,包括本次中山大學的研究在內,大量基於CRISPR/Cas9等新興基因編輯技術的研究都報導了一種稱為「基因脫靶」(off-target effect)的現象,也就是說,這些技術有一定的機率去「篡改」靶標序列以外的基因。
這種傷及無辜的概率雖然不高,但是考慮到在胚胎中這種改變會被人世世代代地遺傳下去,因此從臨床角度看,研究者必須對這種風險採取零容忍的態度。
實際上,這一技術的效率和脫靶效應一直是一對很難解決的矛盾,效率提升的同時脫靶效應就會加劇,反之亦然。這個矛盾已成為CRISPR/Cas9走向臨床應用的最大障礙。
在學術界內部,對於編輯人類基因的做法也是質疑聲不斷,其中最尖銳的批評莫過於對現有基因編輯技術的風險擔憂。甚至有科學家建議說,在我們找到合理的方向之前,這類研究應該全部暫停。
愛丁堡大學的布魯斯·懷特洛(Bruce Whitelaw)教授指出:「這項結果表明基因組編輯技術的使用正在被拓展,但同時也強調了許多應用還亟待技術優化。基因組編輯固然是一項令人興奮的技術工具,但它仍然還處在發展階段。「
據悉,目前中國至少有四家實驗室正在開展編輯人類胚胎基因的相關工作。
英國克裡克研究所的羅賓·巴傑教授表示(Robin Lovell Badge):「我預期今年將會有若干個類似的研究發表,黃軍就和同事的這項實驗結果只是首篇。」
截至發稿時,黃軍就並未就此項研究對果殼網科學人做出回應。