導讀

兩例基因編輯人類胚胎用於妊娠案例的出現，意味著「潘多拉魔盒」已經打開。這把「魔剪」的應用邊界到底在哪裡？

近年來，基因編輯造血干、祖細胞的具體操作方法和流程又有了很大改進，基因編輯效率逐步提高。

文|記者 徐路易

天色已晚，位於北京市昌平區生命科學園燈火通明的一棟四層小樓外下起了小雪，博雅輯因（北京）生物科技有限公司（下稱博雅輯因）的一群年輕人還在實驗室里進行細胞培養。這家成立於2015年5月的公司2019年9月剛完成Pre-B2輪融資，目前人員規模不到100人。一位工作人員告訴財新記者，用基因編輯技術進行醫學治療是真正意義上的新興領域，公司做基因編輯技術研發的科研人員年齡都不大，「畢竟CRISPR/Cas9這項技術誕生也才六年」。

在這個冬天，這些年輕的科研工作者也在關注著實驗室外的消息。2019年11月，全球首兩例CRISPR基因編輯治療臨床試驗公布了令人振奮的結果。曾經每年要接受16次輸血的β-地中海貧血患者自接受治療以來，已經無需再輸血；另一名年均要過7次「鬼門關」的鐮狀細胞性貧血症患者在接受相應治療後，已經過了四個多月平安無事的生活。這兩項臨床試驗均為瑞士生物科技公司CRISPR Therapeutics與知名藥企福泰製藥（Vertex）合作的項目。博雅輯因進展最快的療法也是針對β-地中海貧血，目前仍處於申請臨床研究批件準備階段，距離到達臨床I、II期階段尚有些時日，而針對鐮狀細胞性貧血症和環鐵幼粒細胞貧血的體外療法還處於早期研發階段。

時至年底，另一則更具社會關注度的消息傳來。2019年12月30日，曾掀起軒然大波的「基因編輯嬰兒」案在深圳市南山區法院一審宣判。賀建奎、張仁禮、覃金洲等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，其中，南方科技大學原副教授賀建奎獲刑三年。

基因編輯和它的三大技術路線

解釋CRISPR基因編輯之前，有必要先解釋下何為基因。基因是遺傳信息的最小單位，遺傳信息的載體是化學物質DNA，DNA分子由四種較為簡單的脫氧核糖核苷酸分子組成，這四種分子上分別帶有一個鹼基標籤，分別是腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），四種核苷酸單體分子遵循著A-T和G-C的鹼基兩兩配對規則首尾相連，形成了相互纏繞的雙螺旋結構的DNA長鏈，而作為遺傳信息的基因，就是以鹼基序列的形式存在於DNA上。人類基因組DNA上大約有30億個鹼基對，可以說是一本掌管生命繁衍的DNA密碼本。

在遠古時代，地球上所有生物共同的祖先——一種單細胞生物在某個時間一分為二，各執一份DNA密碼本。它們的後代再繼續分裂，開啟遺傳物質複製-細胞分裂-後代細胞分離的循環。在生命繁衍過程中，兩條DNA長鏈會解離螺旋構型，進行半保留複製，從而將遺傳信息代代相傳。在此過程中，DNA分子上哪怕一個極微小的複製差錯，都可能引起致命的疾病。好在DNA有修復機制，它可以使DNA複製的錯誤率低至十億分之一。但生物細胞內蘊藏的DNA分子可能由數十億鹼基所組成，複雜生物的遺傳物質可編碼數以萬計的蛋白質分子。

漫長的時間長河中，基因發生變異在所難免，從而導致遺傳性疾病，比如上述的β-地中海貧血，就是一種由於基因突變導致的溶血性貧血症，是世界上最常見的遺傳性疾病之一。鐮狀細胞性貧血症也是一種由於血紅蛋白基因HBA的DNA第20位的鹼基發生變異而導致的單基因遺傳病。

向細菌免疫學習

CRISPR第一次被發現是「無心之舉」。1987年，日本大阪大學實驗化療科博士後石野良純於在《細菌學雜誌》發表了一篇關於大腸桿菌的論文。石野良純等人在大腸桿菌的iap（凋亡抑制因子）基因附近發現了一種怪異序列——有一段29鹼基的序列反覆出現了5次，兩兩之間都被32個鹼基形成的看起來雜亂無序的序列隔開了。但這段序列的功能一直未得到確定。

1995年，西班牙阿利坎特大學遺傳學和微生物學系教授Francisco Mojica發表在《分子微生物學》期刊上的一篇論文顯示，在地中海極嗜鹽菌和沃爾卡尼極嗜鹽菌中也發現了類似結構，此後這種基因結構才得到關注。人們把最初在細菌這類原核生物基因組內發現的這種重複DNA序列叫CRISPR，它是一串英文縮寫，意思是「成簇的規律間隔的短小重複迴文序列」。

2005年，Mojica研究團隊、法國國立農業研究院研究團隊以及美國國立衛生研究院研究團隊同期發現了CRISPR序列中的間隔序列與宿主細菌染色體外的遺傳物質具有高度同源性，並推測出CRISPR的功能可能與細菌的獲得性免疫有關。所謂獲得性免疫是指生物體經後天感染或人工預防接種，而使機體獲得抵抗感染的能力，比如在微生物等抗原物質刺激後形成免疫球蛋白、免疫淋巴細胞，並與該抗原起特異性反應。

基因編輯育種：基因編輯是不是轉基因？

CRISPR/Cas9能夠實現在絕大多數物種的基因組中定點操作，改變細胞和生物個體遺傳信息以及性狀，因此被稱為「基因魔剪」。有了這個強大的工具，科學家們首先將目光轉向了植物。如今餐桌上常見的稻穀、玉米、咖啡等，都是人類在與雜草和樹打交道的過程中，挑選野生植物經過漫長的歷史馴化而來的，那時的育種更像是等待一個奇蹟發生。隨著人口增長與科技發展，人們不再滿足於「看天吃飯」，想要更快更準確獲得優良性狀的農作物，便出現了雜交育種、誘變育種等方式；在解開了生物的遺傳密碼後，又出現了分子育種，而基因編輯正是近幾年來新興的分子育種方式之一。

以經歷了各種育種方式已高度馴化的玉米為例，公元前7000年在中美洲發現的玉米只有19毫米長，每個玉米只有5-10顆堅硬的籽粒，且十分難剝開。到了2014年，世界上已經有超過200多個品種，平均長度超過190毫米，且易剝皮。

基因編輯育種的商業化落地已經實現。2019年3月，美國生物技術公司Calyxt表示，旗下基因編輯大豆製成的大豆油已經進入市場，根據其披露的公告，用於榨油的大豆是敲除了兩個基因後產生的，這種基因編輯大豆製成的大豆油所含飽和脂肪酸比普通大豆油低20%，有更長的保存期限。

進入臨床的基因編輯

當然，基因編輯技術更具有想像力的應用還是在人身上，這就是基因治療。需要指出的是，科學家迄今所進行的基因編輯都借用了大自然的力量，比如利用能夠侵入細胞的病毒、微生物或被稱為轉錄因子的蛋白質分子來定位DNA序列或傳遞正確的DNA。這是因為人類基因組DNA上大約有30億個鹼基對，要用人力在其中找到需要修正的「問題鹼基」，是一件大海撈針的任務。即使找到出錯的鹼基，要用人力精確剪除它，再找來正確的剪輯分子重新裝到正確的位置上，也遠遠超出了人類當前的知識和能力。

直到今天，基因治療的臨床可行性還僅僅限於治療最簡單的單基因遺傳疾病，而且還僅僅是給患者體內「放回」一個正常的基因拷貝，距離真正的「精確修復」致病基因還有漫漫長路。

單基因疾病是由於單個基因的DNA序列和功能發生變化導致的疾病。美國霍普金斯大學醫學院支持的統計人類遺傳基因疾病的OMIM（在線人類孟德爾疾病信息）資料庫顯示，目前全球明確的單基因病已經超過8000種，如眼睛失明、先天性耳聾等大部分遺傳病都是由單基因遺傳病導致，其中明確致病基因的遺傳病都有治療的可能。基因編輯這把「上帝的手術刀」，無疑在這些領域也有用武之地。

「潘多拉魔盒」已打開？

2019年6月，俄羅斯國立皮羅戈夫研究型醫科大學研究員丹尼斯·雷布里科夫發給《自然》雜誌的一封電子郵件迅速登上科學新聞的頭條。這位分子生物學家同時在俄最大的生育診所庫拉科夫國家醫學婦產科研究中心領導一個基因編輯實驗室，他表示將對人類胚胎進行編輯，編輯後的人類胚胎將被用於妊娠。這被很多人認為可能打開「潘多拉魔盒」。

雷布里科夫最開始也是計劃通過敲除CCR5基因讓目標獲得對愛滋病毒的免疫，與賀建奎的基因編輯嬰兒不同，雷布里科夫計劃將編輯後的胚胎植入HIV陽性的母親身上。4個月後，他改變計劃，準備編輯GJB2基因預防遺傳性耳聾。他表示，在實驗前會先尋求包括俄羅斯衛生部在內的三個政府機構的許可，並會在監管要求下及時披露相關進展。

CRISPR基因編輯技術應用在胚胎層面，技術上除了脫靶效應等編輯體細胞時也可能會面臨的風險以外，還可能面臨前述提到的嵌合體風險。嵌合體風險是指，在胚胎時期進行基因編輯，受精卵分裂逐漸發育成胚泡的過程比較快，如果基因編輯工具沒有馬上切割目標DNA序列並產生突變，就會導致有的細胞內DNA序列被切割到，有的沒有被切割；切割到的可能會出現比如有的切了5個鹼基，有的切了8個鹼基，這就導致了嵌合體現象，可能致使下一代的染色體異變。因此，一旦編輯後的胚胎用於妊娠，與脫靶等風險相比，嵌合體風險所面臨的法律和倫理問題更大。

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研究：「基因編輯嬰兒」露露和娜娜的健康將如何[2019-06-09]

通過修改一個基因，使新生兒可天然抵抗愛滋病毒感染，這一「基因編輯嬰兒」設想在被批判罔顧技術限制、違反倫理法則後，其實效再受挑戰。《自然-醫學》（Nature Medicine）期刊近日發表的一項流行病學研究指出，若賀建奎的試驗結果達到預期，即使被「編輯」的嬰兒獲得愛滋免疫，她們的死亡風險也極有可能大幅提升。

前述研究的作者來自美國加州大學伯克利分校。他們通過分析英國生物樣本庫（UK Biobank）中超過40萬人的基因型和死亡登記信息，得出上述結論。英國生物樣本庫是一個大規模、長期的生物樣本庫計劃，旨在研究遺傳和環境因素對於疾病發生的影響。該樣本庫建立於2006年，目前已收集了50萬人的健康信息。

前述研究得出的結論從根本上否定了「基因編輯嬰兒」試驗的正當性，該試驗曾一度在全球引起輿論譁然。2018年11月，南方科技大學副教授賀建奎宣布通過 CRISPR/Cas9技術對胚胎進行編輯，試驗的預期為敲除CCR5基因內的32個特定鹼基對，形成CCR5-Δ32。 CCR5基因原可形成一類蛋白通路，允許HIV-1病毒進入細胞，試驗設想是，如果CCR5基因發生了CCR5-Δ32突變，HIV-1就病毒無法入侵和殺死免疫細胞。

基因編輯嬰兒案一審宣判 賀建奎以非法行醫被判3年[2019-12-30]

「基因編輯嬰兒」案12月30日在深圳市南山區人民法院一審公開宣判。賀建奎、張仁禮、覃金洲等3名被告人因共同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。

據新華社消息，法院審理查明，2016年以來，南方科技大學原副教授賀建奎得知人類胚胎基因編輯技術可獲得商業利益，即與廣東省某醫療機構張仁禮、深圳市某醫療機構覃金洲共謀，在明知違反國家有關規定和醫學倫理的情況下，仍以通過編輯人類胚胎CCR5基因可以生育免疫愛滋病的嬰兒為名，將安全性、有效性未經嚴格驗證的人類胚胎基因編輯技術用於輔助生殖醫療。賀建奎等人偽造倫理審查材料，招募男方為愛滋病病毒感染者的多對夫婦實施基因編輯及輔助生殖，以冒名頂替、隱瞞真相的方式，由不知情的醫生將基因編輯過的胚胎通過輔助生殖技術移植入人體內，致使2人懷孕，先後生下3名基因編輯嬰兒。

法院認為，3名被告人未取得醫生執業資格，追名逐利，故意違反國家有關科研和醫療管理規定，逾越科研和醫學倫理道德底線，貿然將基因編輯技術應用於人類輔助生殖醫療，擾亂醫療管理秩序，情節嚴重，其行為已構成非法行醫罪。根據3名被告人的犯罪事實、性質、情節和對社會的危害程度，依法判處被告人賀建奎有期徒刑三年，並處罰金人民幣三百萬元；判處張仁禮有期徒刑二年，並處罰金人民幣一百萬元；判處覃金洲有期徒刑一年六個月，緩刑二年，並處罰金人民幣五十萬元。

記者手記|「基因編輯嬰兒」論文原稿疑似流出，佐證實驗失敗[2019-12-05]

「基因編輯嬰兒」實驗曾在2018年震驚世界，時隔一年，主導實驗的賀建奎等人相關論文有部分原稿流出，為該實驗枉顧倫理而實施又添佐證。

部分原稿披露自《麻省理工科技評論》，共計4699個單詞。第一作者為南方科技大學原副教授賀建奎，通訊作者則是美國萊斯大學（Rice University）教授麥克·蒂姆（Michael Deem），後者曾為賀建奎在該校的導師，任生物工程系系主任。

2018年11月，34歲的賀建奎曾在第二屆人類基因組編輯國際峰會上宣布，一對「基因編輯嬰兒」露露和娜娜呱呱墜地，他利用基因編輯技術改變人類胚胎基因，意在使新生兒免疫愛滋病病毒，此舉引發全球對基因編輯技術和倫理邊界的思考。

版面|趙今朝 郁娟

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