通过显微注射向胚胎中注入基因编辑系统

最近，全球利用基因编辑技术CRISPR/Cas9研究人类早期胚胎的工作不断涌现。

8月3日，美国俄勒冈健康科学大学（OHSU）胚胎细胞和基因治疗中心主任Shoukhrat Mitalipov领导的研究团队，成功地修复人类胚胎中一个致病的基因突变——MYBPC3基因突变——它可导致心肌增厚，进而可能出现心脏衰竭或猝死。

上周，英国伦敦弗朗西斯·克里克研究所（Francis Crick Institute）的研究员Kathy Niakan等人，首次利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，对人类胚胎早期发育中的关键基因——OCT4进行了研究。他们发现，OCT4在胚胎细胞早期发育过程中非常关键，决定了胚胎4细胞期向8细胞分化的进程，如果缺失这一基因，那么胚胎就不会发育成正常的囊胚(Blastocyst)，进一步发育受到影响。

这些工作在揭示生命基本进程中发挥重要作用，同时引发同行的质疑：有发育和遗传生物学家评论说，OCT4在胚胎细胞早期发育过程很容易在小鼠身上得到证实，而使用人类的胚胎在科学上的意义不大——尽管英国的研究者认为OCT4在小鼠和人的胚胎中发挥的作用不一样——但其引人瞩目，主要是其伦理道德上的震惊作用，而非科学发现，也不是技术发明。

而更为广泛的讨论议题则是：争相发表的这些研究是否有必要使用人类胚胎？利用基因编辑技术CRISPR/Cas9研究人类早期胚胎的时代是否已经来临？相关科学研究如何纳入有普遍共识的人类伦理规范？

“针对人类生殖细胞基因组的编辑工作，将会出现（或许已经出现，但没有人发表文章），研究者有责任保证技术的安全和有效。”9月24日，在基因编辑科学与技术前沿论坛暨中国遗传学会基因组编辑分会成立大会上，美国科学院院士、犹他大学的分子生物学家Dana Carroll表示。

CRISPR/Cas9如何修饰人类胚胎基因

人类胚胎早期发育的流程图

在英国科学家的这项研究中，研究者发现对照组中即未被改变的OCT4的胚胎，有50%能够正常形成囊胚，而在OCT4基因缺失的胚胎，仅有19%可正常发育。

这些被研究的胚胎，来自那些曾做过辅助生殖（IVF）的夫妇，共58个胚胎。相关研究获得英国人类受精与胚胎权威部门 (HFEA)的批准。即使这样，它仍会是人们热议的焦点。

事实上，对人类早期胚胎进行基因编辑的基础研究早在两年前已经出现。2015年，中山大学副教授黄军就与合作者率先对86个废弃的人类胚胎进行基因编辑，试图改造受精卵中与地中海贫血症相关的基因，当时发现CRISPR/Cas9技术脱靶明显，相关论文发表在《蛋白质与细胞》（Protein & Cell）上，是当时仅有的一项对人类胚胎细胞的基因组进行编辑并公开出版的研究，引发人们对基因编辑技术改造胚胎的担忧，以及全球科学家的激烈讨论。

今年9月23日，《蛋白质与细胞》再次发表黄军就团队的后续研究：他们利用单碱基编辑系统，对人类胚胎基因组中与地中海贫血症相关的HBB-28位基因的突变进行修复。单碱基编辑方法由与CRISPR-Cas9的变体与胞嘧啶脱氨酶（cytosine deaminase）构成，通过导向RNA直接指向正确DNA位置，用胸腺嘧啶（T）替换鸟嘌呤（C）。这种基因校正的方法因为修复的特异性，不会引起随机的DNA缺失和插入。

 “从结果来看，这个单碱基编辑的方法还是可以比较高效地进行精准的修复。”在“基因编辑科学与技术前沿论坛”上，黄军就介绍说。

黄军就在2015年的工作后来被证实符合中国的法律、管理条例和伦理管理条例，但随着CRISPR技术的广泛应用，国际科学界已经无法避免人类基因编辑技术的安全性问题与伦理规范问题。

2015年12月，由美国国家科学院、美国国家医学院、中国科学院和英国皇家学会联合组织召集的人类基因组编辑国际峰会（International Summit on Human Gene Editing）在华盛顿召开，来自全球基因编辑领域的科学家、政策制定者以及伦理学家，讨论基因编辑技术带来的研究突破、潜在应用，以及由此可能带来的社会和监管问题。

2017年2月，继人类基因组编辑国际峰会发表国际共识，美国科学院和美国医学院公布了一份题为《人类基因编辑：科学、伦理以及监管》（Human Genome Editing: Science, Ethics, and Governance）的报告，对人类生殖细胞的基因编辑划下红线。在这份报告中，既肯定了基因编辑技术在科学家探究基本生命过程中发挥的作用，同时也对该技术的临床应用，设置了严格的条件。报告提到在严格监管下对人类的生殖细胞可进行基因操作以治疗人类的镰状细胞贫血、囊性纤维化等重大遗传疾病，但对于非医疗需要的基因改造如身高、长相甚至智力等特征严格禁止。

在中国，关于人类生殖细胞基因编辑的管理条例、法律法规仍是空白，目前主要依靠科技部和卫生部2003年颁布的《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》。中科院院士周琪2016年初在接受《科学通报》的访谈时表示，虽然中国是在华盛顿举行的人类基因组编辑国际峰会的发起国之一，也应该遵守会议的共识，但这种国际共识并不具有法律效应，因此，对于基因编辑技术的监管工作最核心的问题是“尽快制定各自国家的管理条例、法律法规”。

前述发育和遗传生物学家就此话题评论道：人类生殖细胞不应该进行基因改变，这被视为科学研究的红线。在这一红线被黄军就等率先突破后，美国、英国的部分科学家认为在国际竞争激烈的情况下，这一红线设置不再有意义，甚至争先恐后对人类生殖细胞进行不同的基因修饰和改变，忽视改变基因有多大研究意义。在科学界带来的是清流，还是浊气，值得观察。

目前，基因编辑技术应用于治疗人类疾病是研究者关注的重点。昆明理工大学特聘教授、灵长类转化医学研究中心主任季维智在24日的会议上表示，要进行安全性和有效性的评估，“就像药物开发一样，需要经过一定的程序，保证它的安全性和有效性”。

《知识分子》在这次会议上了解到，相关讨论仍然在进行，中科院等机构的科学家正在与有关政府机构探讨如何制定适当的法规和实现这类技术的应用，这已经成为当前基因编辑研究者关注的焦点话题之一。

注: 本文视频和部分图片由Kathy Niakan开放给新闻媒体

参考资料：

1. Ma, Hong, et al."Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos." Nature 548.7668(2017): 413-419.

2. Fogarty, Norah M. E.,et al. “Genome editing reveals a role for OCT4 in human embryogenesis” Nature(2017).  doi:10.1038/nature24033

3. http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/CSB/61/3/10.1360/zk2016-61-1-283?slug=full%20text