人類胚胎基因編輯警報再拉響,賀建奎「醜聞」重提

導語：科學不該存在僥倖。

Nature

Nature於6月25日發表的一篇題為「CRISPR gene editing in human embryos wreaks chromosomal mayhem」的評論文章指出，近期三項使用基因編輯工具CRISPR-Cas9修改人類胚胎的實驗揭示，該方法引發目標位點或附近基因組大的、不必要的改變，可能加劇人們對於可遺傳基因組編輯安全性的擔憂。而自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。

這些研究於6月份先後發表在預印本伺服器bioRxiv上，尚未經過同行評審。但綜合來看，它們讓科學家們看到了CRISPR-Cas9編輯被低估的風險。這三項研究分別提出了哪些挑戰？

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第一篇題為「Frequent loss-of-heterozygosity in CRISPR-Cas9-edited early human embryos」的預印本。

doi:https://doi.org/10.1101/2020.06.05.135913

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。

第二個研究預發布於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，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。

doi:https://doi.org/10.1101/2020.06.17.149237

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日發布了第三篇文章。他們研究了使用具有導致心臟疾病突變基因的精子製成的胚胎，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，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。

doi: https://doi.org/10.1101/2020.06.19.162214

Nature評論文章總結道，這三項研究對DNA變化是如何產生的提出了不同解釋。Egli和Niakan的研究小組認為，在他們的胚胎中觀察到的大部分變化是由大量的缺失和重排造成的。Mitalipov的小組則表示，他們所發現的變化中高達40%是由一種叫做基因轉換的現象引起的，在這種現象中，DNA修復過程將一對染色體中的一條序列複製到另一條染色體上進行治療。

但無論如何，這些安全問題仍為正在進行的關於科學家是否應該編輯人類胚胎以預防遺傳疾病的辯論提供了信息，即這個過程仍存爭議，因為它對基因組產生了永久性的變化，可以傳給幾代人。

加州大學伯克利分校研究基因組編輯的Fyodor Urnov指出："如果以生殖為目的的人類胚胎編輯或種系編輯是太空飛行，那麼這些數據相當於讓火箭在起飛前在發射臺爆炸。"之前在小鼠胚胎和其他種類的人體細胞中使用CRISPR的研究已經證明，編輯染色體會造成大的、不必要的影響，而這次在人類胚胎中展示的研究成果證據性更強，因為不同的細胞類型可能會對基因組編輯作出不同反應。

2015年來自中國中山大學的研究人員黃俊九（Junjiu Huang）等在Protein & Cell雜誌上首次報導了將CRISPR/Cas9應用於人類植入前胚胎的研究結果時，便觀察到數量驚人的「脫靶」突變，為這類研究拉起警戒。當時的研究具裡程碑意義，但同時也引發了廣泛爭論。然而由於僅限於植入前胚胎研究，所以遠未達到2018年賀建奎基因編輯嬰兒事件被廣泛聲討的地步，且自此之後也有不同國家和地區相繼開展了類似研究。

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，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月他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，分別被依法追究刑事責任，判處有期徒刑三年。

Nature

賀建奎的研究在科學性和倫理方面都受到質疑。

首先，關於CCR5靶基因

CCR5蛋白在一些免疫細胞表面表達，HIV可利用它潛入人體細胞。1996年，科學家們發現了一種被稱為CCR5-Δ32的突變，這種突變會使攜帶者對HIV產生高度的抵抗力。賀建奎在雙胞胎中製造了這種突變。

但是這種突變是在大約10％的歐洲人中自然發現的，相關的研究都是在歐洲人群中進行的。而一些遺傳變異的影響也可能取決於環境和基因組中存在的其他變異，因此若想在中國進行CCR5突變研究，需要在中國人群中進行廣泛的基因和環境研究，但顯然賀建奎的研究缺乏相關數據。

另外，雖然CCR5-Δ32突變使該基因喪失功能，並使攜帶者對HIV的顯性菌株產生抵抗力，但在過去二十年中，數十項研究表明，CCR5有助於在一些其他嚴重感染和慢性疾病期間保護肺、肝和大腦。

CCR5蛋白還能與被稱為β-趨化因子的蛋白質相互作用，這些蛋白質能幫助人體對抗蜱傳病毒、導致登革熱和黃熱病的病毒以及西尼羅河病毒。因此，有CCR5-Δ32突變的人更有可能經歷蜱傳疾病引起嚴重腦炎，並對黃熱病疫苗產生嚴重反應。另外，西班牙的一項研究發現，CCR5-Δ32突變的人死於流感的可能性是平均水平的四倍，而中國是流感爆發的熱點地區。可見，CCR5的缺失會帶來嚴重的不利因素。而我們所知道的可能也只是冰山一角。

其次，關於未克服的基因編輯技術問題

脫靶效應

CRISPR-Cas9是目前最流行的基因編輯方式。CRISPR-Cas9技術是從一些微生物抵禦病毒的機制中挪用過來的，它使用一種叫做Cas9的酶對DNA進行切割，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"。這種 "脫靶 "切割可能會導致健康問題：例如損壞抑制腫瘤生長的基因，可能會導致癌症。

鑲嵌效應

有時，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。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，但似乎露露和娜娜都是鑲嵌體。

一些研究人員認為，在胚胎發育的非常早期階段，即只有一個細胞時，將CRISPR-Cas9注入胚胎，可消除鑲嵌現象。但這就產生了一個新的問題：在單細胞階段，沒有辦法區分攜帶遺傳病的胚胎和沒有攜帶遺傳病的胚胎。這使得經過基因編輯的嬰兒更不可能抵抗愛滋病毒感染。

另外，前文的三大研究也再次證實，CRISPR-Cas9還會造成大量的基因缺失和重排。賀建奎設計的基因編輯嬰兒可能難以規避這些技術難題，潛在健康問題值得擔憂。

再次，試驗設計思路缺陷

有些HIV病毒株可以不使用CCR5蛋白，而使用另一種叫做CXCR4的蛋白進入細胞。因此，即使是天生CCR5陰性的人也可能無法抵抗HIV感染。

同時，賀建奎試驗中的雙胞胎父親是HIV陽性，但母親不是。而父親為HIV陽性沒有真正的傳染給孩子的風險，因此對於試驗沒有任何意義。但賀建奎表示，這項工作的目標不是為了防止父母的傳播，而是為受愛滋病毒影響的夫婦提供一個機會，讓他們擁有一個免受類似命運的孩子。

最後，倫理道德的缺失

賀建奎的知情同意程序 "是一場災難"。在受試者籤署的同意書中，上述信息似乎都沒有被告知。在技術尚不成熟，且沒有明確的學術倫理道德標準的情況下，基因編輯直接進入人體實試驗十分瘋狂。因此超過100位中國生物醫學研究人員在網上發表了措辭強烈的聲明，譴責他的主張。

第一財經，https://www.yicai.com/news/100067069.html

賀建奎最終伏法。WHO也自事件開始便著手制定相關規則，但許多國家/地區的法規還沒有跟上科學的步伐。

目前大眾對於可遺傳基因組編輯的支持主要在治療不治之症上，前提是被證明安全有效，同時許多人表示對使用遺傳基因編輯來提高智力、改變膚色持反對意見。最新的三大研究提示我們基因編輯的安全性問題是普遍性的，不存在僥倖，未來還需在技術上進一步打磨，在倫理上取得共識，避免賀建奎事件的重複。

來源：梅斯醫學綜合報導

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