人类胚胎基因编辑警报再拉响，贺建奎“丑闻”重提

导语：科学不该存在侥幸。

Nature

Nature于6月25日发表的一篇题为“CRISPR gene editing in human embryos wreaks chromosomal mayhem”的评论文章指出，近期三项使用基因编辑工具CRISPR-Cas9修改人类胚胎的实验揭示，该方法引发目标位点或附近基因组大的、不必要的改变，可能加剧人们对于可遗传基因组编辑安全性的担忧。而自2018年贺建奎首次使用CRISPR编辑婴儿后，基因编辑因安全性、伦理问题一直受业内外广泛关注。

这些研究于6月份先后发表在预印本服务器bioRxiv上，尚未经过同行评审。但综合来看，它们让科学家们看到了CRISPR-Cas9编辑被低估的风险。这三项研究分别提出了哪些挑战？

6月5日，伦敦弗朗西斯·克里克研究所的发育生物学家Kathy Niakan和她的同事在网上发布了第一篇题为“Frequent loss-of-heterozygosity in CRISPR-Cas9-edited early human embryos”的预印本。

doi: https://doi.org/10.1101/2020.06.05.135913

在该研究中，研究人员使用CRISPR-Cas9在对胚胎发育很重要的POU5F1基因中制造突变，结果显示，在18个经过基因组编辑的胚胎中，约有22%的细胞存在非预期的基因组编辑结果，且跨度为4-20kb，影响了POU5F1周围大片的DNA。它们包括DNA重排和几千个碱基的大面积缺失。

第二个研究预发布于6月17日。由纽约哥伦比亚大学干细胞生物学家Dieter Egli领导的小组，评估了在父系染色体上EYS位点引入Cas9诱导的双链断裂（DSB）的修复结果，以期纠正致盲突变，但大约一半的测试胚胎失去了EYS所在的染色体的大段，有时甚至是整个染色体。

doi: https://doi.org/10.1101/2020.06.17.149237

由美国俄勒冈健康与科学大学的生殖生物学家Shoukhrat Mitalipov领导的小组于6月19日发布了第三篇文章。他们研究了使用具有导致心脏疾病突变基因的精子制成的胚胎，发现靶向同源位点有利于非同源末端连接（NHEJ）和基因转换的相互作用，表明基因转换和NHEJ是植入前人类胚胎中两种主要的DNA DSB修复机制。但同时有迹象表明，转换轨道可能会双向扩展，远远超出目标区域，导致广泛的杂合性损失（LOH），带来严重的安全问题。

doi: https://doi.org/10.1101/2020.06.19.162214

Nature评论文章总结道，这三项研究对DNA变化是如何产生的提出了不同解释。Egli和Niakan的研究小组认为，在他们的胚胎中观察到的大部分变化是由大量的缺失和重排造成的。Mitalipov的小组则表示，他们所发现的变化中高达40%是由一种叫做基因转换的现象引起的，在这种现象中，DNA修复过程将一对染色体中的一条序列复制到另一条染色体上进行治疗。

但无论如何，这些安全问题仍为正在进行的关于科学家是否应该编辑人类胚胎以预防遗传疾病的辩论提供了信息，即这个过程仍存争议，因为它对基因组产生了永久性的变化，可以传给几代人。

加州大学伯克利分校研究基因组编辑的Fyodor Urnov指出："如果以生殖为目的的人类胚胎编辑或种系编辑是太空飞行，那么这些数据相当于让火箭在起飞前在发射台爆炸。"之前在小鼠胚胎和其他种类的人体细胞中使用CRISPR的研究已经证明，编辑染色体会造成大的、不必要的影响，而这次在人类胚胎中展示的研究成果证据性更强，因为不同的细胞类型可能会对基因组编辑作出不同反应。

2015年来自中国中山大学的研究人员黄军就（Junjiu Huang）等在Protein & Cell杂志上首次报道了将CRISPR/Cas9应用于人类植入前胚胎的研究结果时，便观察到数量惊人的“脱靶”突变，为这类研究拉起警戒。当时的研究具里程碑意义，但同时也引发了广泛争论。然而由于仅限于植入前胚胎研究，所以远未达到2018年贺建奎基因编辑婴儿事件被广泛声讨的地步，且自此之后也有不同国家和地区相继开展了类似研究。

CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes.http://dx.doi.org/10.1007/s13238-015-0153-5.

2018年11月26日，贺建奎宣布，一对名为露露和娜娜的基因编辑婴儿于11月在中国健康诞生，这对双胞胎的CCR5基因经过修改，使她们出生后即能天然抵抗艾滋病。消息发布后，贺建奎在世界范围内被广泛声讨，2019年1月他被南方科技大学开除，同年12月30日，贺建奎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，分别被依法追究刑事责任，判处有期徒刑三年。

Nature

贺建奎的研究在科学性和伦理方面都受到质疑。

CCR5蛋白在一些免疫细胞表面表达，HIV可利用它潜入人体细胞。1996年，科学家们发现了一种被称为CCR5-Δ32的突变，这种突变会使携带者对HIV产生高度的抵抗力。贺建奎在双胞胎中制造了这种突变。

但是这种突变是在大约10％的欧洲人中自然发现的，相关的研究都是在欧洲人群中进行的。而一些遗传变异的影响也可能取决于环境和基因组中存在的其他变异，因此若想在中国进行CCR5突变研究，需要在中国人群中进行广泛的基因和环境研究，但显然贺建奎的研究缺乏相关数据。

另外，虽然CCR5-Δ32突变使该基因丧失功能，并使携带者对HIV的显性菌株产生抵抗力，但在过去二十年中，数十项研究表明，CCR5有助于在一些其他严重感染和慢性疾病期间保护肺、肝和大脑。

CCR5蛋白还能与被称为β-趋化因子的蛋白质相互作用，这些蛋白质能帮助人体对抗蜱传病毒、导致登革热和黄热病的病毒以及西尼罗河病毒。因此，有CCR5-Δ32突变的人更有可能经历蜱传疾病引起严重脑炎，并对黄热病疫苗产生严重反应。另外，西班牙的一项研究发现，CCR5-Δ32突变的人死于流感的可能性是平均水平的四倍，而中国是流感爆发的热点地区。可见，CCR5的缺失会带来严重的不利因素。而我们所知道的可能也只是冰山一角。

CRISPR-Cas9是目前最流行的基因编辑方式。CRISPR-Cas9技术是从一些微生物抵御病毒的机制中挪用过来的，它使用一种叫做Cas9的酶对DNA进行切割，研究人员可以提供一段RNA来引导Cas9到基因组的特定位置。但是Cas9和类似的酶也会在其他部位切割DNA，特别是当基因组中存在与目标相似的DNA序列时，这被称为"脱靶效应"。这种 "脱靶 "切割可能会导致健康问题：例如损坏抑制肿瘤生长的基因，可能会导致癌症。

脱靶效应，Nature，https://www.nature.com/articles/d41586-019-01906-z#ref-CR10

有时，基因不仅在群体中的个体之间存在差异，在个体的细胞之间也存在差异。当一个有机体同时包含经过编辑和未经编辑的细胞混合物时，它被称为“镶嵌体”。虽然现有的数据仍然有限，但似乎露露和娜娜都是镶嵌体。

一些研究人员认为，在胚胎发育的非常早期阶段，即只有一个细胞时，将CRISPR-Cas9注入胚胎，可消除镶嵌现象。但这就产生了一个新的问题：在单细胞阶段，没有办法区分携带遗传病的胚胎和没有携带遗传病的胚胎。这使得经过基因编辑的婴儿更不可能抵抗艾滋病毒感染。

镶嵌效应，Nature，https://www.nature.com/articles/d41586-019-01906-z#ref-CR10

另外，前文的三大研究也再次证实，CRISPR-Cas9还会造成大量的基因缺失和重排。贺建奎设计的基因编辑婴儿可能难以规避这些技术难题，潜在健康问题值得担忧。

有些HIV病毒株可以不使用CCR5蛋白，而使用另一种叫做CXCR4的蛋白进入细胞。因此，即使是天生CCR5阴性的人也可能无法抵抗HIV感染。

同时，贺建奎试验中的双胞胎父亲是HIV阳性，但母亲不是。而父亲为HIV阳性没有真正的传染给孩子的风险，因此对于试验没有任何意义。但贺建奎表示，这项工作的目标不是为了防止父母的传播，而是为受艾滋病毒影响的夫妇提供一个机会，让他们拥有一个免受类似命运的孩子。

贺建奎的知情同意程序 "是一场灾难"。在受试者签署的同意书中，上述信息似乎都没有被告知。在技术尚不成熟，且没有明确的学术伦理道德标准的情况下，基因编辑直接进入人体实试验十分疯狂。因此超过100位中国生物医学研究人员在网上发表了措辞强烈的声明，谴责他的主张。

第一财经，https://www.yicai.com/news/100067069.html

贺建奎最终伏法。WHO也自事件开始便着手制定相关规则，但许多国家/地区的法规还没有跟上科学的步伐。

目前大众对于可遗传基因组编辑的支持主要在治疗不治之症上，前提是被证明安全有效，同时许多人对使用遗传基因编辑来提高智力、改变肤色持反对意见。最新的三大研究提示我们基因编辑的安全性问题是普遍性的，不存在侥幸，未来还需在技术上进一步打磨，在伦理上取得共识，避免贺建奎事件的重复。