美国科学家成功改造人类胚胎

医疗健康 来源:学术经纬

今日,《自然》在线发表了一项极具话题性的研究。来自美国与韩国的一支跨国团队使用当下热门的CRISPR-Cas9基因编辑系统,在人类的早期胚胎中修复了一个能导致心脏问题的基因突变。这意味着我们终于有了安全可靠的手段去彻底改变一个人的基因,也让我们离“造物者”的角色无比接近。正如许多人所热议的那样,这项研究在科学与伦理两大领域,都触及到了边界。

该研究的主要负责人之一Shoukhrat Mitalipov教授(图片来源:《自然》)

划时代的突破

在《自然》的这篇论文中,研究人员想要通过CRISPR-Cas9基因编辑技术,修复人类胚胎中的MYBPC3基因突变。这个基因突变出现的概率并不低——据统计,每500个人里,就有1人受它影响。它会带来肥厚性心肌病,让看似健康的年轻人突然猝死。

由于这一突变属于显性遗传,它很容易就能传到下一代,并引起同样的症状。因此,倘若我们能用基因编辑的手段,在人类的胚胎发育早期修复这个基因,就能一劳永逸地消除该突变带来的隐患。

研究人员想要用CRISPR-Cas9技术,修复患者的基因突变(图片来源:《自然》)

为了实现这个想法,研究人员首先开发了能针对肥厚性心肌病的CRISPR-Cas9基因编辑技术。他们招募了一名男性患者,然后在他的皮肤成纤维细胞中尝试去除MYBPC3基因突变。技术的开发非常顺利,只需两步就能完成修复的工作:首先,这个突变的基因区域会被Cas9酶切开;其次,利用人为提供的正常MYBPC3基因作为模板,细胞内的DNA修复机制会自动对突变进行修补。

随后,他们测试了这个技术是否能在人类胚胎中起效。研究人员将这名男性患者精子与捐赠的卵子进行结合,使卵子受精。受精的18个小时后,他们往受精卵里注射入了一整套能修复MYBPC3基因的系统。随后,他们在多个胚胎里,以单细胞的分辨率,评估该基因是否得到了有效的修复。

这项研究的设计思路(图片来源:《自然》)

实验的结果令人震惊!这套系统以极高的比例修复了胚胎细胞中的基因突变,研究人员也没有检测到明显的脱靶突变,或是基因组不稳定的现象。这表明这支跨国团队开发出了一种改造人类胚胎的有效技术,而且不会产生人们之前所担忧的常见问题。

Salk研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte教授(左)是本研究的主要负责人之一;Jun Wu博士(右)是共同第一作者(图片来源:Salk研究所)

“由于干细胞技术和基因编辑技术上的突破,我们终于开始能解决一些致病的基因突变了。这有望影响到全球数百万人!”该论文的通讯作者之一,Salk研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte教授说道:“基因编辑技术才刚刚起步。即便如此,我们已经在初步的结果中证实了它的安全与有效。未来的关键在于,我们要以最为谨慎的态度,集中所有的注意力,来考虑所有的伦理问题。”

不安与担忧

任何一项突破性技术在问世时,都会引起热议,何况是这款直接改造人类胚胎的技术?对于这项研究以及其未来的发展,人们的担忧主要在两大方面。

第一个是在基因编辑技术本身。目前,我们还不能完全掌握胚胎细胞对CRISPR-Cas9基因编辑技术的反应。举例来说,在这项实验里,研究人员提供了一条人造的DNA,它带有健康的MYBPC3基因。按设想,这条DNA应当能作为基因突变修复的模板。然而出乎他们预料的是,细胞并没有采纳这条人为模板,而是根据卵子里的健康基因,对MYBPC3基因突变进行了修复。换句话说,虽然该实验取得了令人满意的结果,我们并没有控制其中的每一个环节。

CRISPR先驱之一张锋教授呼吁,人类基因组编辑需要谨慎(图片来源:Stat)

此外,基因编辑的个体化也是许多学者担心的重点。在这篇论文发表的几天前,CRISPR技术先驱之一张锋教授就在《Nature Medicine》上撰文,呼吁在进行人类基因组编辑时,一定要谨慎(相关阅读:张锋教授Nature子刊发文:编辑人类基因组需谨慎)。由于人与人之间的基因组存在大量不同,对一个人特异的基因编辑,在另一个人身上可能就会引起脱靶效应。因此,张锋教授建议在进行基因编辑前,先进行全基因组测序,使编辑技术的特异性达到最高。在人类的胚胎阶段,这样的策略是否可行,还需要进一步的验证。

“说实话,我感到了一些不安,”CRISPR技术的另一名先驱Jennifer Doudna教授评论说:“这不是说研究方面。我是指我们如何把这个技术应用到临床。”

CRISPR的另一名先驱Jennifer Doudna教授表示了担忧(图片来源:加州大学伯克利分校)

另一些学者则从伦理的角度上提出了考量。他们指出,我们是否一定要使用CRISPR技术来达成我们的目的?由于MYBPC3基因突变是显性遗传,对于该突变杂合的携带者来说,将这个突变遗传给下一代的概率只有50%。既然同样要使用体外受精技术,我们完全可以筛选出不带这个突变的胚胎,消除疾病隐患。

此外,有些科学家担心我们在改造人类胚胎的道路上走得太远。在这项研究里,我们只是使用基因编辑技术修复了致病的基因突变。将来,万一有人想把这项技术用于其它方面,比如提高人的智力,或是增强人的体格,又会发生什么呢?“人工设计”的婴儿,势必会引起伦理上的激烈讨论。

后记

无论如何,这项研究本身有其重要的科学价值与意义,也足以成为年度科学突破之一。包括作者在内,许多学者建议,我们还要进一步了解这一技术的机理与风险。即便将来它顺利走入临床应用,我们也还需要对它进行严格的监管。

这项研究究竟是带来了科学女神的馈赠,还是打开了潘多拉魔盒,未来会给我们答案。

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