重磅：Molecular Genetics and Genomics：广医三院刘见桥教授团队，将基因编辑技术运用于人类二倍体胚胎修复遗传性缺陷基因
2017-03-21 佚名 广医三院生殖中心
如果能从胚胎层面修复有遗传缺陷的基因，那是不是意味着父母携带的遗传病不会出现在孩子的基因里，遗传疾病将会就此被阻断呢？近日，这样大胆的设想在广医三院生殖医学中心刘见桥教授的研究中得到了实践，这也是全球首次将基因编辑技术运用于人类二倍体胚胎，在胚胎层面对携带遗传突变基因的胚胎进行修复。
3月1日，广州医科大学附属第三医院生殖中心主任、普通高校生殖与遗传重点实验室PI刘见桥教授协同广医三院生殖中心的杜红姿主任以及北京蛋白质组研究中心的唐立春博士、张普民教授在国际期刊Molecular Genetics and Genomics上发表论文，报道其在人类二倍体胚胎基因编辑的最新研究成果。CRISPR基因编辑技术可以让科学家对人类的DNA进行定点改造，为通过改造缺陷基因来治疗遗传疾病提供了可能性。这是全球首篇关于CRISPR技术在人类二倍体胚胎中应用的描述。
1、编辑人类胚胎基因，这不是第一次
2015年，中山大学黄军就教授发布了一项研究试着改变人类胚胎中涉及血液紊乱β地中海贫血症的特殊基因；2016年，广医三院范勇博士团队尝试编辑人类胚胎基因，以抵制艾滋病毒感染。然而，只有低于10%的细胞被CRISPR技术成功修复，效率太低使得这项技术不太可行。
在范勇的研究中，因为使用的是三倍体胚胎（两个精子和一个卵子），多了一组染色体，胚胎本身存在缺陷，因此，对于CRISPR基因编辑技术在健康胚胎中如何操作、是否有效等问题，科学家们仍在不懈探索。
2、全球首次：CRISPR初次应用于人类二倍体胚胎
为了解答这个难题，广医三院刘见桥教授所主导的团队展开了研究。刘见桥团队首先将CRISPR基因编辑技术应用在异常三倍体胚胎中，结果显示修复率依然不高，只有约10-20%。随后，刘见桥团队尝试将其应用于二倍体胚胎。
研究所使用的是广医三院生殖医学中心患者捐赠的未成熟卵子，科研人员先将这些未成熟卵子在体外诱导成熟，然后与捐赠的精子进行体外配对，从而获得了20枚二倍体胚胎，但捐赠的精子均携带遗传突变缺陷基因，这意味着将结合成携带遗传突变基因的胚胎；刘见桥的团队便试图通过基因编辑技术去修复这些胚胎中的遗传突变基因，以实现从胚胎层面阻断遗传性疾病垂直传播。
3、在胚胎层面修复遗传性疾病突变基因
第一位捐精者是G6PD酶基因G1376T突变携带者。G1376T纯合突变是导致蚕豆病这一遗传性疾病的常见原因，蚕豆症是一种因食用蚕豆或吸入该植物的花粉所引起的急性溶血性贫血的疾病。研究团队分别向10枚体外成熟的卵母细胞注射了G1376T杂合突变精子。但只有两枚胚胎携带了1376T突变基因，其他八枚没有。经基因编辑后，其中一枚胚胎G1376T突变基因被修复了。但另一枚胚胎中不是所有的细胞都得到了修复， CRISPR关闭了部分细胞中的G6PD基因，而不是修复它。
第二位捐精者是beta41-42突变基因携带者。beta41-42突变是血液病β-地中海贫血的主要原因之一。研究团队分别向另外10枚体外成熟的卵母细胞注射了beta 41-42杂合突变精子，但只有四枚胚胎携带beta41-42突变基因，其他。研究人员对这四枚携带地贫缺陷基因的胚胎进行编辑，其他六枚没有。经基因编辑后，四枚缺陷胚胎有一个经CRISPR编辑后引入了另一种突变，而不是修复beta41-21基因；在另一枚胚胎中，只有部分细胞被成功修复，产生了一个嵌合胚胎；其他两枚则没有成功修复突变基因。
20枚胚胎中只有6枚胚胎携带遗传性疾病的突变基因，基因编辑实验所用的样本量很小，但结果显示CRISPR基因编辑技术的修复成功率较以往报道有了明显提高，因为其中有1枚胚胎的全部细胞都被修复了，有2枚胚胎实现部分细胞被修复。这证实了，CRISPR在二倍体胚胎中的效果要比之前在三倍体胚胎中的应用好的多，基因编辑技术依然显示出强大的阻断遗传性疾病垂直传播的潜力。
尽管不能仅基于6个胚胎得出确定的结论，但是这些结果是令人鼓舞的，因为它们表明CRISPR基因修复在正常细胞中更有效。该论文目前受到国际顶级期刊和媒体的高度关注，如New Scientist、MIT Technology Review等。
研究负责人刘见桥教授指出：“虽然植入前遗传学诊断能很大程度地避免遗传缺陷儿的出生，但对于部分不能生育正常后代的夫妇（如显性遗传病）来说，CRISPR技术就是她们最后一根救命稻草。在符合目前实验伦理的情况下，CRISPR技术应用于人类二倍体胚胎的基础实验能为其对阻断遗传性疾病垂直传播提供更好的参考价值”。
4、临床应用？还“为时过早”
首次将CRISPR基因编辑技术应用于人类二倍体胚胎，刘见桥教授的这项研究更真实地说明了该技术对于阻断人类致病基因子代传播的潜力，尽管如此，刘见桥认为， “CRISPR/Cas9技术实现临床应用还有很长一条道路要走。就目前的结果来看，虽然我们的研究发现CRISPR/Cas9对于人类二倍体胚胎的修复效率不低，但该技术还远远不能安全地用于胚胎编辑。为了更安全地使用CRISPR技术对携带遗传突变基因的胚胎进行基因修复，我们需要找到防止胚胎嵌合的方法，而且还要对编辑过的胚胎进行各种测试，以保证没有产生任何错误基因，确保后代安全”。
幸运的是，目前研究已经取得了进展：至少两个团队已经找到了减少动物中嵌合性风险的方法，也可以通过在IVF之前编辑精子和卵子的基因组而不是胚胎来避免嵌合。预计未来几年内可能成功实现。Lovell-Badge还指出，也有一些疾病，可能跟它并没有关系，例如代谢性肝病，只需要其中20％的功能就足以保持人们的健康。
5、风险与机遇并存
无论是通过华人科学家张锋，还是中国的知名遗传学者黄行许教授，以及美国哈佛大学的George Church教授等，基因编辑的新时代已经开启。
作为广东省首两例试管婴儿的诞生地、广东省规模最大的生殖医学中心之一，广医三院生殖医学中心自上世纪以来一直关注并持续开展生殖健康相关的临床实践与基础研究。着眼于优生优育和提高人口质量的目的，随着广东省高校生殖与遗传重点实验室在广医三院建立，生殖医学中心在不孕不育病因研究、胚胎性基因疾病修复方面已经具备一定研究基础。
关注生殖健康、提高人体健康和人口素质是广医三院生殖医学中心开展科学研究、进行临床实践的最终目的和旨归。地中海贫血是两广常见的遗传性疾病，严重危害人群健康，给社会造成沉重负担，此次运用基因编辑技术从胚胎层面修复地中海贫血、蚕豆病等遗传疾病的基因，是广医三院生殖医学中心在阻断地贫遗传、提高两广地区生殖健康上的有益尝试。
6、未来前景：谁会是这个领域的规则制定者
自2015、2016年发表的关于CRISPR对人类胚胎进行基因编辑的报道后，各方激烈讨论。关于基因编辑技术可能带来的伦理风险也备受关注，2017年2月15日，美国国家科学院出台一份长达261页的报告，郑重提出“应该允许科学家修改人类胚胎，以消除镰状细胞性贫血等毁灭性遗传疾病，但基因编辑技术充分应用于人类，当同步设定适当的限制条件。”可以看到，当前研究者以及公众现在更加理性地看待此类研究。胚胎编辑技术也逐渐被人们接纳。
或许，强大的基因编辑工具未来有一天将用于人类胚胎、卵细胞和精子治疗，能够移除导致遗传疾病的基因。从黄军就教授针对地中海贫血症的基因编辑，到范勇团队针对艾滋病的胚胎细胞实验，再到刘见桥教授团队对人类二倍体胚胎基因编辑的尝试，这都是中国学者在提升人类健康之路上做出的努力探索，也是中国团队在激烈的国际竞争之中所取得的先机。要知道，无论中国学者做与不做，总是会有人推进的。而将来制定游戏规则的，一定是这个领域的先行者。我们要做的是在自己所坚信的道路上，认真做好手中的研究，取得自主的知识产权和话语权。
原始出处：
Tang L，Zeng Y，Du H，et al.CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human zygotes using Cas9 protein.Mol Genet Genomics.
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