陳根：基因編輯的技術審思，我們離基因編輯實用化還有多遠？

文/陳根

基因編輯是當下生命科學領域的理論前沿與研究熱點，近二十年來基因編輯得到了迅猛發展，特別是新技術的發現，不僅重新定義了生物學研究邊界，更是引起了生物醫學研究領域的大變革。

基因編輯的研究對象也從非人類基因擴展到人類基因，與此同時，伴隨著的人們是對基因編輯技術的倫理質疑。而這種質疑，在2018年世界首例基因編輯嬰兒誕生時達到了頂峰。沒有任何心理準備與預告，一顆巨大的炸彈就投向了全世界的人類。

人類對技術的探索和追求本身並沒有錯誤，問題在於技術研發過程中是否遵循了必要的倫理準則。任何技術的研發過程都需要經得起倫理的拷問，要在倫理原則的框架下進一步研發。但顯然，從基因編輯嬰兒誕生到現在，基因編輯技術仍面臨巨大風險與眾多不確定。

「基因療法」如何實現？

基因編輯技術的源頭可追溯到1866年奧地利學者孟德爾的豌豆雜交實驗，它帶動了遺傳學家摩爾根對遺傳因子的研究並賦予基因以物質的含義。1953年，沃森和克裡克提出的DNA雙螺旋結構確定了基因的化學本質，進一步推進了生物醫學家對基因的研究。隨著科學家對基因不斷深入地探索，生物科技取得了突破性進展。

20世紀70年代，基因工程興起。1979年首次實現酵母基因替換，至2015年，基因編輯的研究對象已從細菌、病毒擴展到植物、動物等幾乎所有非人類生命體，且許多實驗取了成功。

隨著基因編輯技術的不斷更新換代，越來越多的人渴望可以對人類基因做出類似的修改以治療多種遺傳性疾病和基因疾病。1990年，由美國、英國、中國等國家聯合啟動了人類基因組計劃，試圖解開人體基因的秘密，並在2003年完成了人體全序列的基因測定。

2012年CRISPR/Cas9技術的發現，使得人們渴望已久的「基因療法」在技術上有了實現的可能。「CRISPR」即「Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats」，是細菌遺傳密碼及其免疫系統的一個定義性特徵，是細菌用來保護自己免受病毒攻擊的防禦系統。實質上，它是一系列重複的DNA序列，並且這些DNA之間存在「spacers」。簡而言之，細菌利用這些基因序列來「記住」攻擊它們的每種病毒。

細菌會將病毒的DNA整合到自己的細菌基因組中。這種病毒DNA最終成為CRISPR序列中的「spacers 」。這種防禦系統可以在同種病毒再次發起攻擊時給予細菌保護或免疫力。

總是位於CRISPR附近的基因，稱為Cas（CRISPR相關）基因。一旦被激活，這些基因就會產生特殊的蛋白質，這些蛋白質是與CRISPR共同進化的酶。這些Cas酶能夠充當切割DNA的「分子剪刀」。

簡單來說，當病毒侵入細菌時，其獨特的DNA會被整合到細菌基因組中的CRISPR序列中。這意味著下一次病毒攻擊時，細菌會記住它並發送RNA和Cas來定位和破壞病毒。

雖然細菌中還有其他Cas酶在病毒攻擊自己時會截斷病毒，但Cas9是動物體內執行這種任務的最佳酶。而CRISPR-Cas9就是指切割動物（和人類）DNA的Cas酶的種類。

為了更好地應用這項技術，研究人員增加了一個新的步驟，在CRISPR-Cas9切割DNA後，攜帶「固定」基因的新DNA序列可以嵌入到新的間隔中。或者，切割可以同時「敲除」不需要的基因，例如那些導致疾病的基因。

事實上，CRISPR研究的飛速發展，已經超越了基礎DNA編輯。2017年12月，Salk研究所設計了CRISPR-Cas9系統的不成熟版本，能夠在沒有編輯基因組的情況下激活或關閉目標基因。這種技術更可能在未來解決基因編輯永久性的問題。

當然，技術的發展讓基因編輯工具並不僅限於CRISPR，還有Cre-lox重組技木、鋅指核酸內切酶（ZFNs）編輯基因技術，以及類轉錄激活因子效應物核酸酶（TALENs）定向修飾靶基因。

基因編輯不該存在僥倖

2018年11月26日，賀建奎宣布，一對名為露露和娜娜的基因編輯嬰兒於11月在中國健康誕生，這對雙胞胎的CCR5基因經過修改，這就使她們出生後即能天然抵抗愛滋病。消息發布後，賀建奎在世界範圍內被廣泛聲討，2019年1月其被南方科技大學開除，同年12月30日，賀建奎因非法實施以生殖為目的的人類胚胎基因編輯和生殖醫療活動，構成非法行醫罪，被依法追究刑事責任，判處有期徒刑三年。

自2018年賀建奎首次使用CRISPR編輯嬰兒後，基因編輯因安全性、倫理問題一直受業內外廣泛關注。就純粹的技術角度來看，基因編輯依舊面臨諸多問題。今年6月，nature在預印本伺服器bioRxiv上先後發表了多篇有關於CRISPR-Cas9修改人類胚胎的實驗，其結果更是指向了CRISPR-Cas9編輯被低估的風險。

6月5日，倫敦弗朗西斯·克裡克研究所的發育生物學家Kathy Niakan和她的同事在網上發布了一篇題為「Frequent loss-of-heterozygosity in CRISPR-Cas9-edited early human embryos」的預印本。

在該研究中，研究人員使用CRISPR-Cas9在對胚胎發育很重要的POU5F1基因中製造突變。結果顯示，在18個經過基因組編輯的胚胎中，約有22%的細胞存在非預期的基因組編輯結果，且跨度為4-20kb，影響了POU5F1周圍大片的DNA。它們包括DNA重排和幾千個鹼基的大面積缺失。

6月17日，由紐約哥倫比亞大學幹細胞生物學家Dieter Egli領導的小組也發表了其關於基因編輯的實驗結果。研究人員評估了在父系染色體上EYS位點引入Cas9誘導的雙鏈斷裂（DSB）的修復結果，以期糾正致盲突變。但大約一半的測試胚胎失去了EYS所在的染色體的大段，有時甚至是整個染色體。

此外，由美國俄勒岡健康與科學大學的生殖生物學家Shoukhrat Mitalipov領導的小組於6月19日發布他們研究的使用具有導致心臟疾病突變基因的精子製成的胚胎的實驗結果，實驗發現靶向同源位點有利於非同源末端連接（NHEJ）和基因轉換的相互作用。這表明基因轉換和NHEJ是植入前人類胚胎中兩種主要的DNA DSB修復機制。但同時有跡象表明，轉換軌道可能會雙向擴展，遠遠超出目標區域，導致廣泛的雜合性損失（LOH），帶來嚴重的安全問題。

這些實驗結果無一不指向基因編輯從技術上可能帶來的風險之大，而人類是否又做好了萬全的準備？事實上，由於基因編輯技術尚不成熟，進行技術應用可能會面臨「脫靶效應」、「鑲嵌現象」、「多代效應」等潛在的技術風險，可能引發技術異化等倫理問題。

當Cas9的酶被用於對DNA進行切割時，研究人員可以提供一段RNA來引導Cas9到基因組的特定位置。但是Cas9和類似的酶也會在其他部位切割DNA，特別是當基因組中存在與目標相似的DNA序列時，這被稱為「脫靶效應」。而這種 「脫靶 」的結果則是不準確或不完整的編輯，這也將導致不適當的易位、倒置或大量刪除，從而造成編輯點突變，使得更容易產生健康問題。例如損壞抑制腫瘤生長的基因，可能會導致癌症。

此外，由於基因不僅在群體中的個體之間存在差異，在個體的細胞之間也存在差異。而當一個有機體同時包含經過編輯和未經編輯的細胞混合物時，它被稱為「鑲嵌體」。雖然現有的數據仍然有限，但基因編輯的露露和娜娜似乎就是鑲嵌體。並且，經基因編輯的人類胚胎很難檢測到嵌合現象，這就可能在臨床應用中造成嚴重的安全問題。

「多代效應」是基因編輯技術研究和應用面臨的一大技術難題和潛在技術風險，也是基因編輯技術倫理爭論的焦點之一。基因編輯技術是一項通過改變基因排列來改變基因遺傳性徵的技術。從技術層面來說，基因編輯對生物遺傳基因的改變，不僅表現為生物體本身基因的改變，也表現為對生物體下一代基因的影響。

當被編輯的基因進入到生物體後，會參與生物體的遺傳，從而對下一代的遺傳性徵產生影響。而現有的技術不能保證經過編輯的基因，在遺傳過程中不會發生突變，不會出現新的基因缺陷。一旦基因編輯技術出現「脫靶效應」或「鑲嵌現象」，這種效應或現象的基因參與到生物體的遺傳，很容易出現新的基因問題，並伴隨著遺傳過程，將問題基因遺傳給下一代甚至下幾代。

這些尚待克服的技術障礙也使科學的研究不得不保持警惕，科學不該，也不能存在僥倖。

基因編輯需要倫理先行

當然，除了對技術安全性的擔憂，基因編輯在倫理的範疇內也引起了巨大的爭論。其最直接的風險和倫理問題就是對自然進化規律的嚴峻挑戰，表現為「技術人」研究對生物「進化論」的倫理挑戰，編輯「完整超人」對人類「自決權」的強行幹預，「自定義基因」對人類「基因庫」的隨意操縱。

首先，是「技術人」對「進化論」的挑戰。從基因編輯技術問世的那一天起，倫理學界就對基因編輯中胚胎基因編輯領域可能引發的倫理問題表現出了強烈的擔憂。反對者認為，遵循生物進化的客觀規律是生命倫理學研究的基本原則，而基因編輯尤其是胚胎基因編輯，屬於破壞生物進化客觀規律和突破技術倫理原則底線的行為。

從事基因編輯技術的研究和應用（尤其是胚胎基因編輯），將從技術層面為「技術人」的「誕生」提供可能性。賀建奎基因編輯的嬰兒就是一個例子，基因編輯嬰兒將改寫人類的進化方式，使人類由「自然人」演化為「技術人」。

如果當某一個體出於個人的利益考量，藉助基因編輯技術對生命基因進行修飾，試圖改變自身或者下一代的容貌、智商、壽命等，從而獲取更高的社會地位和優勢，將是人類進化史上的異變，其可能衍生的不利影響就是打破人類社會發展的公平性。

其次，人類「自決權」受到人為的幹預。「自決權」所反映的是人類對自身的存在方式具有自在的決定權，這是人的自主性的具體體現，也是社會公平性得以實現的必要條件。基因編輯歸根結底是對遺傳基因的人為幹預，這種人為幹預的後果將是改變人類自身的存在方式。

當然，儘管基因編輯在技術層面會改變人類的「自決權」，但並不意味著基因編輯技術的所有研究和應用都應被嚴格禁止。問題的關鍵在於，人類在進行基因編輯研究和應用時，對人類「自決權」的幹預是惡意幹預還是善意幹預，又是否存在惡意打破自然進化規律的行為。所以，該如果規避這類行為則成了需要解決的問題。

當基因編輯技術可應用治療遺傳病後，社會上將會有兩類人：一類人經過基因編輯消除了遺傳病，這些病人恢復為基因組正常的健康人；另一類人身患遺傳病但尚未接受基因編輯，或者因為基因編輯治療費用過高而「自決權」受限。負擔不起的人，他們的身體或精神功能有障礙，是基因組有缺陷的人。

那麼，這兩類人的道德地位是否相同？與基因組正常或恢復正常的人相比，也許作為一個人群，他們需要社會撥出一定的資源進行照顧，而不能對他人、社會作出比前類人更大的貢獻。那麼，他們作為人的道德地位是否降低？他們是否比基因組正常的人具有更低的內在價值？這些都是還未被討論的現實倫理問題。

其三，人類「基因庫」面臨被篡改的可能。《世界人類基因組人權宣言》強調，「人類基因組是人類家庭所有成員根本統一的基礎，也是承認他們生來具有的尊嚴與多樣性的基礎」。也就是說，基因庫不僅決定著人類的群體屬性，即人之所以為人的共性存在，也決定著人類的個體差異，即人與人之間的差異化存在。但很明顯，基因編輯技術的發展，也將面臨「基因庫」被篡改的可能。

當前，基因編輯已由實驗室進入了人們的生活領域，包括從轉基因食品到基因治療。今年6月，就有美國研究人員宣布，他們用CRISPR技術對患者的骨髓幹細胞進行基因編輯後，兩名β地中海貧血患者和一名鐮狀細胞疾病患者不再需要輸血。這也是藉助CRISPR基因編輯技術治療遺傳疾病的首份試驗結果。

當然，基因編輯技術還將不斷發展，我們也需要基因編輯技術的發展作為未來醫療的手段，但在這之前還有很長的路要走。除了要進行進一步的基礎研究及臨床前研究外，我們也要關注技術下必然面對的倫理問題。

應對倫理就需要提出治理：為防範技術風險，需要設定人類基因編輯技術基礎研究的法律界限，明確生殖系基因編輯臨床應用的條件。面對「技術人」對「進化論」的挑戰，需要防止個性的基因增強，將生殖系基因編輯限定在特定的用途之內。面對人類「自決權」的風險，則需要構建一個有效的法律制度確保分配結果實質上的公平。

要知道，倫理並非是科技發展的絆腳石，而應當是科技發展的催化劑。但在那之前，我們首先要有一個與之相適應的倫理規範。