人類基因編輯

波特先生 波米提

半透明的精子在棕褐色的筆記本電腦屏幕上緩慢游動。正常情況下它們的速度要快得多，但此時(shí)這些小家伙正艱難地穿過一種使它們減慢速度的粘稠液體，這樣科學(xué)家才能順利地獲取到它們。一根細(xì)長的空心針從屏幕右側(cè)靠近正在游動的精子，然后把它吸進(jìn)去，它那小而圓的身體在透明的精子真空管中仍然可見。

屏幕閃向一個(gè)新場景。精子消失了，取而代之的是更大的、自由漂浮的人類卵子。另一個(gè)儀器出現(xiàn)在屏幕上，手指狀的裝置成功地抓住了一個(gè)卵子，并用微小的吸力把它固定住。

這項(xiàng)工作的完成者是研究員努里婭·馬蒂·古鐵雷斯，她坐在靠近屏幕的顯微鏡旁，眼睛一直盯著她的目標(biāo)，她的手在六個(gè)旋鈕和轉(zhuǎn)盤之間轉(zhuǎn)動。她所做的這些事必需在顯微鏡下才能完成，這些行為中的每一項(xiàng)都在顯微鏡下清晰地表現(xiàn)出來。

各項(xiàng)工作準(zhǔn)備就緒。過一會兒，卵子不僅會被注入精子，還會被注入一劑CRISPR-Cas9。CRISPRCas9是一種DNA編輯系統(tǒng)，科學(xué)家可以用它切割出一個(gè)基因片段，然后用另一個(gè)片段取而代之。如果一切順利，CRISPR系統(tǒng)將修復(fù)這個(gè)單細(xì)胞人類胚胎DNA中的致病突變。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)室位于波特蘭的俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)（OHSU），是美國唯一在人類胚胎上進(jìn)行這類研究的組織。科學(xué)家們正在研究人類基因編輯，以期治愈特定的遺傳疾病。自從他們在2017年聲稱已經(jīng)成功修復(fù)了具有致病突變的胚胎以來，就一直面臨著持懷疑態(tài)度的科學(xué)家和人類基因編輯反對者的強(qiáng)烈反對。即使有一名中國研究人員于2018年底宣布基因編輯雙胞胎女孩出生，但他們在將自己的技術(shù)應(yīng)用于臨床之前還有更多的障礙需要克服。

基因編輯雙胞胎出生

對于基因編輯嬰兒在中國誕生的消息，或許沒有人會比位于胚胎細(xì)胞和基因治療中心的俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)團(tuán)隊(duì)更感到驚訝，該中心由舒赫拉特·米塔利波夫領(lǐng)導(dǎo)。米塔利波夫說：“我原以為自己知道所有從事此工作的合法團(tuán)體。”

2018年11月，在香港舉行的人類基因組編輯國際峰會召開的前夕。中國研究員賀建奎發(fā)表了基因編輯雙胞胎女孩出生的聲明。他在米塔利波夫的同事、婦產(chǎn)科副教授、俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)生育診所的醫(yī)生葆拉·阿馬托之后不久發(fā)表有關(guān)其工作的演講。

賀建奎聲稱他的研究取得突破性進(jìn)展，改變了人類胚胎的DNA，其中至少有兩個(gè)胚胎發(fā)育成了最近出生的中國雙胞胎露露和娜娜。

賀建奎說，他使用了CRISPR-Cas9的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)誕生于2012年，已被基因編輯科學(xué)家們所熟知。然而，如果他的聲明是真的，此舉將使這項(xiàng)技術(shù)首次被用于改變未出生人類的基因。賀建奎在YouTube視頻中說：“基因手術(shù)很安全，除了防止HIV感染的基因外，其他基因都沒有改變。”

這對嬰兒的母親是通過標(biāo)準(zhǔn)的體外受精懷孕的。賀建奎實(shí)驗(yàn)室在YouTube上發(fā)布的視頻稱，科學(xué)家們隨后對這位母親的受精胚胎進(jìn)行了“基因手術(shù)”。這項(xiàng)技術(shù)目前在美國是被禁止的，因?yàn)樗赡軙谖磥韼状松砩显斐刹豢深A(yù)測的基因缺陷。

阿馬托說：“鑒于安全性方面的不確定性，我很震驚有人居然有膽量移植這些胚胎并進(jìn)行妊娠。” 米塔利波夫估計(jì)，這種基因編輯技術(shù)還需要5到10年的時(shí)間才能用于臨床試驗(yàn)。

除了科學(xué)挑戰(zhàn)之外，法律和道德考慮通常也會使這類研究的步伐放慢。2017年，美國國家科學(xué)院和醫(yī)學(xué)院召集倫理專家和科學(xué)家，在一定程度上討論決定是否允許以及如何允許改變?nèi)祟惿诚怠淖僁NA并將其傳遞給后代。討論出來的標(biāo)準(zhǔn)將作為人類基因編輯研究的國際指南。

神奇基因剪刀手CRISPR-Cas9

CRISPR是原核生物基因組內(nèi)的一段重復(fù)序列，是生命進(jìn)化歷史上細(xì)菌和病毒進(jìn)行斗爭產(chǎn)生的免疫武器，簡單來說就是病毒能把自己的基因整合到細(xì)菌中，利用細(xì)菌的細(xì)胞工具為自己的基因復(fù)制服務(wù)；細(xì)菌則將病毒的外來入侵基因清除。

CRISPR-Cas9是一種基因編輯技術(shù)，它主要改編自CRISPR，使科學(xué)家能夠針對特定的基因序列進(jìn)行編輯。人類基因組是由DNA編碼的一系列信息，編輯特定的序列可以改變這些信息，CRISPR-Cas9就是可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的工具。

生物學(xué)家已經(jīng)學(xué)會了對CRISPR-Cas9進(jìn)行重新編程，首先針對的是他們感興趣的特定基因序列。在賀建奎的案例中，他針對的是“CCR5”區(qū)域，這是艾滋病毒進(jìn)入人體的門戶。然后，科學(xué)家必須創(chuàng)造出一個(gè)與該區(qū)域相對應(yīng)的碎片，CRISPR-Cas9將附著在這個(gè)區(qū)域，像剪刀一樣把它剪掉。一旦DNA被切斷，自然發(fā)生的修復(fù)機(jī)制將把剩余的基因鏈粘在一起。這樣就利用科學(xué)家提供的模板，有效地切除了一個(gè)基因，并用另一個(gè)基因替換它。

科學(xué)家呼吁暫停基因編輯嬰兒

在美國，這種對人類胚胎的干擾屬于禁忌行為，因?yàn)楦淖兒蟮男誀顣z傳給后代，而這種影響尚未得到研究。

許多科學(xué)家表示，賀建奎的行為明顯違反了倫理，踏入了未知的領(lǐng)域。例如，我們不知道改變?nèi)祟惢蚪M將如何影響后代對其他疾病的免疫力。美國加州大學(xué)伯克利分校的生物化學(xué)家詹妮弗·杜德納博士稱，科學(xué)界并不同意這樣做。她表示：“老實(shí)說，我感到很失望，如果這項(xiàng)研究像我們聽到的那樣進(jìn)行，我認(rèn)為這是一個(gè)突破。”

但杜德納博士補(bǔ)充說：“國際科學(xué)界鼓勵(lì)對人類胚胎編輯的任何臨床應(yīng)用采取開放和透明的方法，這將確保討論其長期影響。我認(rèn)為，在這個(gè)案例中，似乎沒有人這樣做。”

其他擔(dān)憂還包括有些人可能想要?jiǎng)?chuàng)造“設(shè)計(jì)嬰兒”，而這些嬰兒并非出于提高智商或設(shè)定眼睛顏色等醫(yī)學(xué)目的而創(chuàng)造。賀建奎稱：“基因手術(shù)只是試管嬰兒技術(shù)的又一次進(jìn)步，只是為了幫助少數(shù)家庭而誕生的。我相信有些家庭需要這項(xiàng)技術(shù)，我還是愿意為他們承擔(dān)批評。”

但他的研究，引發(fā)了全世界科學(xué)界和倫理界的強(qiáng)烈反對。例如，美國國家科學(xué)院的報(bào)告指出，任何對DNA的編輯都應(yīng)該防止嚴(yán)重的遺傳性疾病，然而他卻基于一個(gè)健康的基因創(chuàng)造了一個(gè)突變來增加對HIV的抵抗力。另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是，編輯只能在“沒有合理替代方案的情況下”進(jìn)行，但是，艾滋病毒被認(rèn)為是可以預(yù)防和治療的。這份問題清單還在繼續(xù)添加，關(guān)于他的作品的合法性和透明性還有很多問題。

基因修復(fù)治療研究將繼續(xù)

一些最極端的批評家呼吁暫停類似的工作，但米塔利波夫希望這種反對不會干擾他的團(tuán)隊(duì)的研究。

“ 暫停 ”，米塔利波夫說，“我討厭這個(gè)詞。”如果該組織的工作停滯不前，那就意味著要回避米塔利波夫多年來一直強(qiáng)烈關(guān)注的問題。作為臨床遺傳學(xué)的研究生，他回憶起如何基于患者基因診斷遺傳性疾病的學(xué)習(xí)。而且他對結(jié)局并不滿意。

他說：“醫(yī)生往往會告訴病人，我們發(fā)現(xiàn)了問題，這是一種突變導(dǎo)致這種疾病。” 然后病人問現(xiàn)在需要怎么做？“就只能是這樣了，我們的工作完成了，沒有辦法了。”

隨后，他清楚地認(rèn)識到，解決這些疾病——如囊性纖維化、鐮狀細(xì)胞性貧血和亨廷頓氏舞蹈癥——的一種方法是在生命早期修復(fù)基因突變。真的很早——在胚胎中。

米塔利波夫和志同道合的同事們相信，CRISPR的前景是，他們將能夠用功能正常的基因取代有缺陷的基因。為了進(jìn)行測試，俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)很簡單。他們使用一個(gè)攜帶有缺陷的MYBPC3基因的男人的精子和一個(gè)健康女人的卵子，準(zhǔn)備研究是否可以使用 CRISPR-Cas9修復(fù)引起疾病的基因。

他們給每個(gè)卵子注射了攜帶突變基因的精子和CRISPR-Cas9基因包。該基因包包括將幫助Cas9找到有缺陷的基因的DNA序列，還包括一段與正常基因相匹配的DNA序列，該細(xì)胞將用作修復(fù)模板以修復(fù)其DNA的切割傷口。他們在此修復(fù)模板上做了標(biāo)記——換掉兩個(gè)核苷酸堿基，這將改變正常基因的序列，但不會改變其功能。這樣，他們就可以知道細(xì)胞是否使用了他們的模板。

他們的實(shí)驗(yàn)成功了，但沒有達(dá)到預(yù)期的效果。Cas9確實(shí)定位并剪切了胚胎從其父親那里繼承的致病基因。但是胚胎沒有使用研究人員提供的模板，而是使用母親的正常基因作為模板，產(chǎn)生了兩個(gè)正常基因。

然而，一些科學(xué)家仍然對實(shí)驗(yàn)是否像米塔利波夫小組所聲稱的那樣有效持懷疑態(tài)度，因?yàn)楹茈y確認(rèn)基因編輯是否按計(jì)劃進(jìn)行。他們最大的問題是什么？很有可能，這些胚胎并沒有兩個(gè)正常的基因，而是有一個(gè)正常的基因和一個(gè)缺失的基因，這是由所謂的“大刪除”造成的。這種現(xiàn)象在其他CRISPR研究中也有記載，可以解釋為什么研究人員在檢查編輯過的胚胎時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)任何致病基因。如果批評家是正確的，那么這些胚胎將很不健康。

基因組編輯實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人、阿德萊德大學(xué)和南澳大利亞衛(wèi)生與醫(yī)學(xué)研究所南澳大利亞基因組編輯中心主任保羅·托馬斯試圖直接回答這個(gè)大刪除問題。他的團(tuán)隊(duì)在小鼠胚胎中測試了米塔利波夫的方法，發(fā)現(xiàn)這些疑似大缺失很常見。

作為回應(yīng)，米塔利波夫的小組進(jìn)行了一項(xiàng)后續(xù)實(shí)驗(yàn)，以證明他們的胚胎沒有缺失。但包括哥倫比亞大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)家迪特爾·埃格里在內(nèi)的批評者對此并不十分滿意，他表示：“修復(fù)機(jī)制仍缺乏確鑿證據(jù)。”

托馬斯也有類似的反應(yīng)。他說：“（兩項(xiàng)研究之間）導(dǎo)致這種差異的原因仍不清楚。觀察米塔利波夫的小組的研究結(jié)果是否能在人類胚胎的研究中得到復(fù)制，將是一件有趣的事情。”

撇開科學(xué)不談，人類胚胎研究在邏輯上是一件棘手的事情。這項(xiàng)工作不符合美國國立衛(wèi)生研究院的財(cái)政支持條件，而后者是美國生物醫(yī)學(xué)研究經(jīng)費(fèi)的主要來源。

俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)通過私人資金解決了這一問題，但是當(dāng)他們準(zhǔn)備將基因修復(fù)治療用于臨床試驗(yàn)時(shí)，卻將面臨巨大的障礙。要做到這一點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)需要獲得FDA的批準(zhǔn)。然而，在2015年，國會取消了FDA對“有意制造或修改人類胚胎包含可遺傳基因修改的研究”的撥款。

但這并沒有阻止米塔利波夫繼續(xù)他的工作。米塔利波夫表示，這種做法只是在美國得不到官方批準(zhǔn)。當(dāng)胚胎基因修復(fù)準(zhǔn)備好進(jìn)行臨床試驗(yàn)時(shí)，將把它帶到去一個(gè)允許進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)，但也有強(qiáng)大的法律和倫理監(jiān)督的國家，比如英國。

他認(rèn)為，不繼續(xù)研究和測試實(shí)驗(yàn)室中的胚胎修復(fù)技術(shù)，實(shí)際上是不負(fù)責(zé)任的。這是因?yàn)橐坏┭芯砍晒l(fā)表，想法就已出現(xiàn)，并在每項(xiàng)研究的方法部分都有說明。

米塔利波夫說：“當(dāng)然，我們將以負(fù)責(zé)任的方式在適當(dāng)?shù)谋O(jiān)督下進(jìn)行。我們別無選擇，我們必須這樣做，研究已經(jīng)開始，我們不能把它留給體外受精診所來完成。”

阿馬托說，當(dāng)父母希望避免將遺傳病傳給孩子時(shí)，一種可行的選擇是使用所謂的植入前遺傳學(xué)診斷（PGD）進(jìn)行體外受精。在PGD過程中，醫(yī)生會檢查每一個(gè)體外培養(yǎng)的胚胎，并剔除攜帶疾病的胚胎。

如果基因修復(fù)可以取代PGD，那么這個(gè)過程就不必發(fā)生。

雖然會有人類胚胎在這個(gè)研究過程中被創(chuàng)造出來并被丟棄，但從長遠(yuǎn)來看研究小組希望被丟棄的胚胎會越來越少。

設(shè)計(jì)胎兒即將到來？

米塔利波夫認(rèn)為，在長達(dá)十年的時(shí)間里，我們不會看到合法的經(jīng)過基因修復(fù)的人類嬰兒，盡管賀建奎已經(jīng)證明，有人可能會在沒有科學(xué)審查和適當(dāng)監(jiān)督的情況下繼續(xù)推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。

這是否會導(dǎo)致設(shè)計(jì)胎兒的出現(xiàn)？阿馬托說：“不確定，現(xiàn)在科學(xué)家甚至都不知道理想特性（如智力或運(yùn)動能力）背后的復(fù)雜遺傳因素，所以從技術(shù)上講，設(shè)計(jì)胎兒是不可行的。但有些人會說這是一種逃避，也許有一天我們會知道這些遺傳因素。我認(rèn)為設(shè)計(jì)嬰兒還差得遠(yuǎn)，但也不會太遙遠(yuǎn)。研究人員不應(yīng)該考慮現(xiàn)在就采取措施來限制可以設(shè)計(jì)嬰兒的技術(shù)。”