导读

两例基因编辑人类胚胎用于妊娠案例的出现，意味着“潘多拉魔盒”已经打开。这把“魔剪”的应用边界到底在哪里？

近年来，基因编辑造血干、祖细胞的具体操作方法和流程又有了很大改进，基因编辑效率逐步提高。

文|记者 徐路易

天色已晚，位于北京市昌平区生命科学园灯火通明的一栋四层小楼外下起了小雪，博雅辑因（北京）生物科技有限公司（下称博雅辑因）的一群年轻人还在实验室里进行细胞培养。这家成立于2015年5月的公司2019年9月刚完成Pre-B2轮融资，目前人员规模不到100人。一位工作人员告诉财新记者，用基因编辑技术进行医学治疗是真正意义上的新兴领域，公司做基因编辑技术研发的科研人员年龄都不大，“毕竟CRISPR/Cas9这项技术诞生也才六年”。

在这个冬天，这些年轻的科研工作者也在关注着实验室外的消息。2019年11月，全球首两例CRISPR基因编辑治疗临床试验公布了令人振奋的结果。曾经每年要接受16次输血的β-地中海贫血患者自接受治疗以来，已经无需再输血；另一名年均要过7次“鬼门关”的镰状细胞性贫血症患者在接受相应治疗后，已经过了四个多月平安无事的生活。这两项临床试验均为瑞士生物科技公司CRISPR Therapeutics与知名药企福泰制药（Vertex）合作的项目。博雅辑因进展最快的疗法也是针对β-地中海贫血，目前仍处于申请临床研究批件准备阶段，距离到达临床I、II期阶段尚有些时日，而针对镰状细胞性贫血症和环铁幼粒细胞贫血的体外疗法还处于早期研发阶段。

时至年底，另一则更具社会关注度的消息传来。2019年12月30日，曾掀起轩然大波的“基因编辑婴儿”案在深圳市南山区法院一审宣判。贺建奎、张仁礼、覃金洲等因非法实施以生殖为目的的人类胚胎基因编辑和生殖医疗活动，构成非法行医罪，其中，南方科技大学原副教授贺建奎获刑三年。

基因编辑和它的三大技术路线

解释CRISPR基因编辑之前，有必要先解释下何为基因。基因是遗传信息的最小单位，遗传信息的载体是化学物质DNA，DNA分子由四种较为简单的脱氧核糖核苷酸分子组成，这四种分子上分别带有一个碱基标签，分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），四种核苷酸单体分子遵循着A-T和G-C的碱基两两配对规则首尾相连，形成了相互缠绕的双螺旋结构的DNA长链，而作为遗传信息的基因，就是以碱基序列的形式存在于DNA上。人类基因组DNA上大约有30亿个碱基对，可以说是一本掌管生命繁衍的DNA密码本。

在远古时代，地球上所有生物共同的祖先——一种单细胞生物在某个时间一分为二，各执一份DNA密码本。它们的后代再继续分裂，开启遗传物质复制-细胞分裂-后代细胞分离的循环。在生命繁衍过程中，两条DNA长链会解离螺旋构型，进行半保留复制，从而将遗传信息代代相传。在此过程中，DNA分子上哪怕一个极微小的复制差错，都可能引起致命的疾病。好在DNA有修复机制，它可以使DNA复制的错误率低至十亿分之一。但生物细胞内蕴藏的DNA分子可能由数十亿碱基所组成，复杂生物的遗传物质可编码数以万计的蛋白质分子。

漫长的时间长河中，基因发生变异在所难免，从而导致遗传性疾病，比如上述的β-地中海贫血，就是一种由于基因突变导致的溶血性贫血症，是世界上最常见的遗传性疾病之一。镰状细胞性贫血症也是一种由于血红蛋白基因HBA的DNA第20位的碱基发生变异而导致的单基因遗传病。

向细菌免疫学习

CRISPR第一次被发现是“无心之举”。1987年，日本大阪大学实验化疗科博士后石野良纯于在《细菌学杂志》发表了一篇关于大肠杆菌的论文。石野良纯等人在大肠杆菌的iap（凋亡抑制因子）基因附近发现了一种怪异序列——有一段29碱基的序列反复出现了5次，两两之间都被32个碱基形成的看起来杂乱无序的序列隔开了。但这段序列的功能一直未得到确定。

1995年，西班牙阿利坎特大学遗传学和微生物学系教授Francisco Mojica发表在《分子微生物学》期刊上的一篇论文显示，在地中海极嗜盐菌和沃尔卡尼极嗜盐菌中也发现了类似结构，此后这种基因结构才得到关注。人们把最初在细菌这类原核生物基因组内发现的这种重复DNA序列叫CRISPR，它是一串英文缩写，意思是“成簇的规律间隔的短小重复回文序列”。

2005年，Mojica研究团队、法国国立农业研究院研究团队以及美国国立卫生研究院研究团队同期发现了CRISPR序列中的间隔序列与宿主细菌染色体外的遗传物质具有高度同源性，并推测出CRISPR的功能可能与细菌的获得性免疫有关。所谓获得性免疫是指生物体经后天感染或人工预防接种，而使机体获得抵抗感染的能力，比如在微生物等抗原物质刺激后形成免疫球蛋白、免疫淋巴细胞，并与该抗原起特异性反应。

基因编辑育种：基因编辑是不是转基因？

CRISPR/Cas9能够实现在绝大多数物种的基因组中定点操作，改变细胞和生物个体遗传信息以及性状，因此被称为“基因魔剪”。有了这个强大的工具，科学家们首先将目光转向了植物。如今餐桌上常见的稻谷、玉米、咖啡等，都是人类在与杂草和树打交道的过程中，挑选野生植物经过漫长的历史驯化而来的，那时的育种更像是等待一个奇迹发生。随着人口增长与科技发展，人们不再满足于“看天吃饭”，想要更快更准确获得优良性状的农作物，便出现了杂交育种、诱变育种等方式；在解开了生物的遗传密码后，又出现了分子育种，而基因编辑正是近几年来新兴的分子育种方式之一。

以经历了各种育种方式已高度驯化的玉米为例，公元前7000年在中美洲发现的玉米只有19毫米长，每个玉米只有5-10颗坚硬的籽粒，且十分难剥开。到了2014年，世界上已经有超过200多个品种，平均长度超过190毫米，且易剥皮。

基因编辑育种的商业化落地已经实现。2019年3月，美国生物技术公司Calyxt表示，旗下基因编辑大豆制成的大豆油已经进入市场，根据其披露的公告，用于榨油的大豆是敲除了两个基因后产生的，这种基因编辑大豆制成的大豆油所含饱和脂肪酸比普通大豆油低20%，有更长的保存期限。

进入临床的基因编辑

当然，基因编辑技术更具有想象力的应用还是在人身上，这就是基因治疗。需要指出的是，科学家迄今所进行的基因编辑都借用了大自然的力量，比如利用能够侵入细胞的病毒、微生物或被称为转录因子的蛋白质分子来定位DNA序列或传递正确的DNA。这是因为人类基因组DNA上大约有30亿个碱基对，要用人力在其中找到需要修正的“问题碱基”，是一件大海捞针的任务。即使找到出错的碱基，要用人力精确剪除它，再找来正确的剪辑分子重新装到正确的位置上，也远远超出了人类当前的知识和能力。

直到今天，基因治疗的临床可行性还仅仅限于治疗最简单的单基因遗传疾病，而且还仅仅是给患者体内“放回”一个正常的基因拷贝，距离真正的“精确修复”致病基因还有漫漫长路。

单基因疾病是由于单个基因的DNA序列和功能发生变化导致的疾病。美国霍普金斯大学医学院支持的统计人类遗传基因疾病的OMIM（在线人类孟德尔疾病信息）数据库显示，目前全球明确的单基因病已经超过8000种，如眼睛失明、先天性耳聋等大部分遗传病都是由单基因遗传病导致，其中明确致病基因的遗传病都有治疗的可能。基因编辑这把“上帝的手术刀”，无疑在这些领域也有用武之地。

“潘多拉魔盒”已打开？

2019年6月，俄罗斯国立皮罗戈夫研究型医科大学研究员丹尼斯·雷布里科夫发给《自然》杂志的一封电子邮件迅速登上科学新闻的头条。这位分子生物学家同时在俄最大的生育诊所库拉科夫国家医学妇产科研究中心领导一个基因编辑实验室，他表示将对人类胚胎进行编辑，编辑后的人类胚胎将被用于妊娠。这被很多人认为可能打开“潘多拉魔盒”。

雷布里科夫最开始也是计划通过敲除CCR5基因让目标获得对艾滋病毒的免疫，与贺建奎的基因编辑婴儿不同，雷布里科夫计划将编辑后的胚胎植入HIV阳性的母亲身上。4个月后，他改变计划，准备编辑GJB2基因预防遗传性耳聋。他表示，在实验前会先寻求包括俄罗斯卫生部在内的三个政府机构的许可，并会在监管要求下及时披露相关进展。

CRISPR基因编辑技术应用在胚胎层面，技术上除了脱靶效应等编辑体细胞时也可能会面临的风险以外，还可能面临前述提到的嵌合体风险。嵌合体风险是指，在胚胎时期进行基因编辑，受精卵分裂逐渐发育成胚泡的过程比较快，如果基因编辑工具没有马上切割目标DNA序列并产生突变，就会导致有的细胞内DNA序列被切割到，有的没有被切割；切割到的可能会出现比如有的切了5个碱基，有的切了8个碱基，这就导致了嵌合体现象，可能致使下一代的染色体异变。因此，一旦编辑后的胚胎用于妊娠，与脱靶等风险相比，嵌合体风险所面临的法律和伦理问题更大。

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研究：“基因编辑婴儿”露露和娜娜的健康将如何[2019-06-09]

通过修改一个基因，使新生儿可天然抵抗艾滋病毒感染，这一“基因编辑婴儿”设想在被批判罔顾技术限制、违反伦理法则后，其实效再受挑战。《自然-医学》（Nature Medicine）期刊近日发表的一项流行病学研究指出，若贺建奎的试验结果达到预期，即使被“编辑”的婴儿获得艾滋免疫，她们的死亡风险也极有可能大幅提升。

前述研究的作者来自美国加州大学伯克利分校。他们通过分析英国生物样本库（UK Biobank）中超过40万人的基因型和死亡登记信息，得出上述结论。英国生物样本库是一个大规模、长期的生物样本库计划，旨在研究遗传和环境因素对于疾病发生的影响。该样本库建立于2006年，目前已收集了50万人的健康信息。

前述研究得出的结论从根本上否定了“基因编辑婴儿”试验的正当性，该试验曾一度在全球引起舆论哗然。2018年11月，南方科技大学副教授贺建奎宣布通过 CRISPR/Cas9技术对胚胎进行编辑，试验的预期为敲除CCR5基因内的32个特定碱基对，形成CCR5-Δ32。 CCR5基因原可形成一类蛋白通路，允许HIV-1病毒进入细胞，试验设想是，如果CCR5基因发生了CCR5-Δ32突变，HIV-1就病毒无法入侵和杀死免疫细胞。

基因编辑婴儿案一审宣判 贺建奎以非法行医被判3年[2019-12-30]

“基因编辑婴儿”案12月30日在深圳市南山区人民法院一审公开宣判。贺建奎、张仁礼、覃金洲等3名被告人因共同非法实施以生殖为目的的人类胚胎基因编辑和生殖医疗活动，构成非法行医罪，分别被依法追究刑事责任。

据新华社消息，法院审理查明，2016年以来，南方科技大学原副教授贺建奎得知人类胚胎基因编辑技术可获得商业利益，即与广东省某医疗机构张仁礼、深圳市某医疗机构覃金洲共谋，在明知违反国家有关规定和医学伦理的情况下，仍以通过编辑人类胚胎CCR5基因可以生育免疫艾滋病的婴儿为名，将安全性、有效性未经严格验证的人类胚胎基因编辑技术用于辅助生殖医疗。贺建奎等人伪造伦理审查材料，招募男方为艾滋病病毒感染者的多对夫妇实施基因编辑及辅助生殖，以冒名顶替、隐瞒真相的方式，由不知情的医生将基因编辑过的胚胎通过辅助生殖技术移植入人体内，致使2人怀孕，先后生下3名基因编辑婴儿。

法院认为，3名被告人未取得医生执业资格，追名逐利，故意违反国家有关科研和医疗管理规定，逾越科研和医学伦理道德底线，贸然将基因编辑技术应用于人类辅助生殖医疗，扰乱医疗管理秩序，情节严重，其行为已构成非法行医罪。根据3名被告人的犯罪事实、性质、情节和对社会的危害程度，依法判处被告人贺建奎有期徒刑三年，并处罚金人民币三百万元；判处张仁礼有期徒刑二年，并处罚金人民币一百万元；判处覃金洲有期徒刑一年六个月，缓刑二年，并处罚金人民币五十万元。

记者手记|“基因编辑婴儿”论文原稿疑似流出，佐证实验失败[2019-12-05]

“基因编辑婴儿”实验曾在2018年震惊世界，时隔一年，主导实验的贺建奎等人相关论文有部分原稿流出，为该实验枉顾伦理而实施又添佐证。

部分原稿披露自《麻省理工科技评论》，共计4699个单词。第一作者为南方科技大学原副教授贺建奎，通讯作者则是美国莱斯大学（Rice University）教授麦克·蒂姆（Michael Deem），后者曾为贺建奎在该校的导师，任生物工程系系主任。

2018年11月，34岁的贺建奎曾在第二届人类基因组编辑国际峰会上宣布，一对“基因编辑婴儿”露露和娜娜呱呱坠地，他利用基因编辑技术改变人类胚胎基因，意在使新生儿免疫艾滋病病毒，此举引发全球对基因编辑技术和伦理边界的思考。

版面|赵今朝 郁娟

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