第一個用基因編輯消除隱性疾病致病突變的中國科學家團隊

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原文以Chinese scientists fix genetic disorder in cloned human embryos為標題

發布在2017年10月2日的《自然》新聞上

原文作者：David Cyranoski

一種精準編輯人類胚胎基因的方法有望治癒一種血液疾病。

一支中國研究團隊採取了一種新的方法來修正人類胚胎中的致病基因。研究人員們製造出具有一種潛在致命血液疾病基因突變的克隆胚胎，然後通過精準地修正DNA來展示如何能夠在胚胎髮育的早期階段避免該種疾病。

修正與β地中海貧血相關的基因突變將使病患免於原本賴以為生的輸血。

Mauro Fermariello/SPL

這篇報道發表於9月23日的Protein & Cell雜誌上，是人類胚胎基因編輯系列實驗中的最新成果。科學家們表示該研究採用了一系列不一般的創新性方法。由中山大學黃軍就領導的團隊沒有替換整段的基因，而是利用了美國發明的一種精準基因編輯技術對單個DNA鹼基進行微調。

黃軍就的團隊也是第一個編輯消除隱性疾病致病突變的團隊，這種疾病由一個基因的兩個拷貝都發生突變引起。對研究人員來說，很難找到很多含有這種稀有的雙重突變的胚胎，但是研究團隊通過由親代皮膚細胞培養胚胎克隆跨越了這一障礙。

美國俄勒岡健康與科學大學的生殖生物學專家Shoukhrat Mitalipov開拓了人類克隆研究，並也從事胚胎基因編輯的研究。他說：「一開始我想為什麼他們要克隆呢，當讀了該篇報道後，我發現這簡直太了不起了，我沒有想到可以這麼做。」

全世界的科學家們至今報道了8項關於人類胚胎基因編輯的研究，其中5項發表於過去的兩個月。沒有一項研究可以讓胚胎生長超過14天，並且每項研究的目的不同：有的研究是為了檢驗基因編輯技術；有的為了編輯不同疾病的基因；有的是為了揭示早期胚胎髮育的機制。黃軍就的團隊發表於2015年4月的報道，是其中的第一個報道，在該報道中，他們利用CRISPR–Cas9酶複合體定點剪切染色體，切除DNA並以其他的基因材料代替之。

精準編輯

在這項最新研究中，黃軍就的團隊利用了基於CRISPR–Cas9技術改進的鹼基編輯技術。該技術將酶引導到特定的基因序列，但並不剪切DNA。相反，Cas9酶是失效的，並被綁定於另一種酶上，該種酶可以將單個的DNA鹼基對替換掉。到目前為止，這項技術可以將鳥嘌呤(G)轉換成腺嘌呤(A),將胞嘧啶(C)轉換成胸腺嘧啶(T)。許多遺傳病都是由單個鹼基的變化，亦稱點突變導致的，而在胚胎期進行此種編輯可能避免這種狀況。

黃軍就的團隊選擇了中國人口中的一種常見突變：HBB基因上某個點的A變成G，該突變會導致β地中海貧血——一種與嚴重或致命性貧血有關的隱性血液疾病。研究人員一般從體外受精診所獲取源胚胎，但這些機構很少有該基因兩個拷貝都發生相同稀有突變的胚胎。所以，黃軍就的團隊找到了一位血液病病患，提取了皮膚細胞，利用克隆技術培育了有相同基因構造的胚胎。

研究人員報告稱，一共有20個克隆胚胎，他們在其中8個中成功將該基因的一個或兩個拷貝由G變回 A。（修復1個拷貝可能就已經足夠治癒一種隱性疾病了）。對於臨床應用來說，該技術的成功率還太低，但其效率高於其他基因編輯研究。澳大利亞國立大學的遺傳學家Gaetan Burgio說: 「這一修復率很不錯，也很有希望」。黃軍就說：「我們的研究為治療β地中海貧血和其他遺傳病打開了一條新的道路。」

但是科學家們提醒，並非這8個胚胎中的所有細胞都是固定的。這樣的胚胎是「馬賽克」，意味著他們混雜包含了有不同基因構造的細胞，這可能很危險。紐約哥倫比亞大學的幹細胞生物學家Dieter Egli說：「該研究看起來是紮實的，但卻凸顯了鑲嵌性仍是所有人類胚胎基因編輯研究中的挑戰。」

意外後果

也有一些科學家質疑黃軍就的團隊是否徹底檢視了那些意想不到的基因變化，即所謂的脫靶效應，它們可能由鹼基編輯引起。作者報道並沒有發現這種現象。

黃軍就說未來的實驗將更全面，而目前這項研究成功地證明了鹼基編輯技術可以被用於修正人類胚胎中的致病突變這一理論。可能傳統的CRISPR–Cas9技術無法修正兩個拷貝都錯誤的胚胎，但這一點目前還沒有明確結論。例如，Mitalipov的團隊在8月報道了利用一個健康基因拷貝做模板，通過CRISPR–Cas9技術修正了可導致潛在致命心臟病的基因突變。

黃軍就表示有些人只攜帶了該基因的一個突變拷貝，所以不受該疾病的影響，但是是遺傳缺陷的攜帶者，未來他計劃向這些人徵集卵母細胞和精子來製造胚胎。在這些胚胎中，一些將有兩個突變拷貝，一些有一個突變拷貝，黃希望這兩種類型的胚胎都可以編輯。由此引發一個具有爭議性的觀點，基因編輯可能不止被用於預防嚴重的疾病，也會被用於消除人們攜帶遺傳缺陷的可能性。黃說：「鹼基編輯可以修復突變位點，防止突變被傳遞到子代。」?

Nature|doi:10.1038/nature.2017.22694