全球最大試管嬰兒基因編輯團隊回應質疑：實驗未出錯

來自專欄 DeepTech深科技18 人贊了文章

對人類胚胎的基因編輯一直是學術界和社會輿論的焦點，這項技術挑戰著人們對生命的認知和理解。如果這項技術真的付諸實踐，那麼我們所做的基因編輯，將通過生殖細胞遺傳給後代，這不僅涉及接受基因編輯的患者，還對人類後世有著不可磨滅影響。

在 CRISPR 編輯人類胚胎基因方面研究最為深入的團隊深陷輿論漩渦。但儘管遭受業界多個科學家的批評，他們依舊認為，他們將繼續研發「試管嬰兒基因療法」。

最近，《Nature》期刊上展開了一場不同尋常的「聽證會」。該雜誌刊登了兩則對俄勒岡州研究團隊的評論，以及 Shoukhrat Mitalipov 和他在韓國、中國、加利福尼亞 Salk 研究所的 31 個同事對於評論的詳細回復。

Mitalipov 本人也極富傳奇色彩。他因其研究備受爭議的基因療法而聞名，也是世界克隆猴領域的先驅者。他曾發現一種線粒體疾病治療方法，即紡錘體轉移技術。在這項研究中，Mitalipov 成功培育了「三親」恆河猴，這意味著遺傳方面，它會有 3 個父母。這一研究曾激起對人類卵細胞使用該技術可能性的安全和道德討論。

但是截至目前，關於CRISPR的早期胚胎療法仍未獲得明確定論。可以預見，在未來，科學家還需對這一問題進一步探討。

圖 | Mitalipov 對兩則質疑的回復（圖源：Nature 官網截圖）

質疑焦點：模板竟被卵細胞「偷換」？

去年 8 月，波特蘭俄勒岡健康科學大學的 Mitalipov 報道了一則令全球轟動的新聞，即他們成功修複數十個人類胚胎中的基因突變。這是使用 CRISPR / Cas9 基因修飾工具進行第一次已知的遺傳修正突變人胚胎的成功嘗試。當然，實驗完成後，這些胚胎都被銷毀了。

Mitalipov 說，這些在早期胚胎上得到的研究成果使轉基因人類誕生的夢想又近了一步。

圖 | Mitalipov 通過 CRISPR 技術在卵母細胞MII期進行注射修復（圖源：Oregon Health & Science University/Nature）

Mitalipov 和他的團隊對大量攜帶導致心臟病的遺傳缺陷的人類胚胎進行了實驗。他們證明了 CRISPR 安全有效地糾正導致遺傳性心臟病的缺陷基因的可能性。

此外，在 Mitalipov 的研究中還出現了一項極不尋常的現象：研究人員還發現，這些突變是由卵細胞提供的模板修復的，而非編輯過程中研究人員導入的模板，這也成為本次研究的最大疑點。

鑒於這項研究的突破性進展及對基因療法開發帶來的影響，文章一經發表便引起了人們的廣泛關注，這當中也包括那些迅速展開抨擊的批評家們。許多科學家猜疑這個實驗結果可能是偶然或者人為造假的，並不真實可靠。

科學家們對這一研究成果爭論的中心主要集中在 CRISPR 本身眾所周知的脫靶效應。脫靶效應會對細胞 DNA 中的非靶基因造成損傷。而且，這種損傷很難被發現，特別是在處理僅由十幾個細胞組成、僅發育數天的人類胚胎時，因為這些細胞很小，肉眼看不見。

CRISPR 對基因的編輯有點類似於「剪切」和「粘貼」。通常編輯基因時，CRISPR 首先尋找到需要編輯的精確的位置，並打開 DNA 雙鏈。如果同時還導入了正確的基因模板，細胞就可以利用該模板替換原有的缺陷 DNA 片段，準確而有效地對特定基因進行編輯。

Mitalipov 在去年 8 月份的驚人發現是，剛受精的受精卵竟然「忽略」了他為修復基因突變所導入的正確基因模板；而來自卵細胞的同一基因的健康模板糾正了精子中的突變 DNA。換句話說，在剛受精的受精卵中，CRISPR 雖然幫助找到了需要編輯的位置，但「粘貼」進去的卻是來自卵細胞的 DNA，而非研究人員注入的模板。這一現象在之前的研究中極為罕見。

關於為什麼受精卵的基因編輯會出現這一極為罕見的現象，Mitalipov 並未闡述明確的機理，而更多是提出了一些可能的解釋。

圖 | 研究人員將 CRISPR 基因編輯成分注入人類卵細胞中（圖源：《麻省理工科技評論》）

不合常理的內源性修復：是生物大發現還是脫靶效應的謊言？

持懷疑態度的一些科學家，包括紀念斯隆凱特琳癌症中心的 Maria Jasin，也是 《Nature》 第二則評論的作者，認為這在生物學上幾乎不可能。這是因為受精後，精子 DNA 和卵子 DNA 暫時是處於不同細胞核中的。如果它們沒有直接接觸，怎麼可能會出現這種修復可能呢？

在去年發表在《Science》上的一篇質疑中，作者 Kelly Servick 也舉出一名中國團隊的研究佐證。在 2015 年，中山大學黃軍就副教授在一項人類胚胎 CRISPR 基因編輯研究中展示了與 Mitalipov 研究截然不同的圖景：雖然內源性修復並非完全出人意料，但在這裡，精子和卵子核似乎相距太遠而不能在修復中合作。

而在最近發表於《自然·生物技術》（Nature Biotechnology）雜誌的一篇關於 CRISPR/Cas9 脫靶效應研究的文章中，其作者 Allan Bradley 認為，在 CRISPR 編輯過程中會出現大量 DNA 序列缺失，缺失可達幾千個鹼基對（bp）。此外，CRISPR 基因編輯還會導致DNA 序列重排，即原本相距很遠的 DNA 序列被拼接在一起。而這些現象在他們的測試中十分普遍。

圖 | 《自然·生物技術》對 Cas9 引起的 PigA 損失率統計（圖源：Nature Biotechnology）

鑒於 Mitalipov 的初步研究報告沒有完全排除其他可能性，許多評論家對此研究的懷疑又多了一分。試想，如果在研究中，CRISPR 不小心刪除了父親的基因，而不是修復它，這可能導致實驗結論完全錯誤。

阿德萊德大學的鼠類遺傳學家 Paul Thomas 提出，如果 CRISPR 對基因造成的損傷未被發現可能會導致怪物嬰兒的誕生。

「在臨床應用中，如果沒有發現確實存在的大規模基因缺失，可能會導致潛在的災難性後果，」Thomas 寫道，並補充說，需要開發更好的方法來衡量 CRISPR 對胚胎的真正影響，因此 CRISPR 的作用「不能被過分誇大」。

然而，Mitalipov 認為他的結論是站得住腳的。他的研究團隊再次分析了從編輯過的胚胎中取出的數百個細胞中的 DNA，並沒有發現 CRISPR 出現大錯誤的證據。

Mitalipov 在 8 月 9 日發表於《Nature》的回復中表示，他的團隊尋找了 MYBPC3 基因的周圍，並發現在一定範圍內尋找不到任何刪除的跡象。下圖中展示了 Mitalipov 對編輯基因附近的上萬個鹼基對進行了 PCR 測試。在新的回應中，Mitalipov 指出，這一內源性修復或是 CRISPR 在早期胚胎的後期階段起作用的結果。

圖 | Mitalipov 在回復中指出未發現 MYBPC3 基因周圍存在刪除跡象（圖源：Oregon Health & Science University/Nature）

更重要的是，已經有其他實驗室證實了 Mitalipov 意外發現的 DNA 修復現象。例如，麻省理工學院的一個研究團隊在今年早些時候聲稱，在小鼠胚胎中進行的 CRISPR 研究「確鑿地」證明這種奇特的 DNA 修復現象也發生在小鼠中。

該研究的負責人馮國平在一封電子郵件中說，他的研究「支持」Mitalipov 的結論。

飽受爭議的基因編輯將何去何從？

Mitalipov 仍然想證明 CRISPR 在胚胎編輯中是安全的，他十分希望其他科學家能夠獨立重複出他的結果。同時，在一次採訪中，他表示該技術還需要 5 到 10 年的時間，才可能在試管嬰兒中心進行試驗。

Mitalipov 正在推行的這種革命性醫療技術是通過編輯胚胎 DNA 以消除疾病風險的一種方法。這一方法有時被稱為種系基因編輯，因為任何編輯過的胚胎成人後都會把編輯後的 DNA 通過生殖細胞，卵子或精子傳遞給後代。

在研究中，Mitalipov 團隊以每人 5000 美元的酬勞招募波特蘭各地的女性以獲得卵細胞。通過這些卵細胞，該團隊製造了 160 多個胚胎。並且，他們將繼續招募卵細胞捐獻者來確認研究結果並進一步擴展到新的方向。

圖 | Shoukhrat Mitalipov，用 CRISPR 編輯胚胎細胞 DNA 的先驅。（來源：麻省理工科技評論）

Mitalipov 拒絕透露該中心去年製造了多少胚胎，但他表示，該中心是全球唯一一個大規模進行試管嬰兒胚胎基因治療的中心。

Mitalipov 說，在胚胎上使用 CRISPR 是確定如何使種系基因編輯安全有效並取得進展的唯一途徑。「如果我們不這樣做，就永遠不會靠近這個目標。」

中國和英國的某些團隊也曾嘗試用 CRISPR 編輯胚胎。但他們可以努力的範圍很有限，因為在許多國家，胚胎編輯受法律限制。Thomas 說，這使得任何人都很難獨立證實 Mitalipov 在人類胚胎中的發現。

使用基因編輯來糾正試管嬰兒胚胎中的疾病突變也仍然存在爭議。最近的一項民意調查發現，美國人支持預防疾病的想法，但對人類胚胎基因編輯技術仍感到不安。

但在倫理道德的背面，卻是基因編輯技術令人興奮的應用前景。

這種類似「剪刀」的基因編輯技術如果發展成熟，可以應用在大約 10000 種基因導致的人類遺傳性疾病當中，這無疑對攻克目前難以治癒的人類疾病具有重要意義。但任何療法在早期開發過程中，都需要進行多輪實驗和測試。而與其他療法不同的是，基因編輯技術改變了患者的遺傳信息，而這些信息可能通過生殖細胞一代代的遺傳下去。換句話說，基因編輯技術正在修改著人類的物種基因庫。這會對人類這個物種帶來怎樣的影響？這個問題目前很難獲得答案。

我們可以對早期人類胚胎進行基因編輯嗎？這或許是另一個很難回答問題。科學的本質應當是為人類服務，但在探索的過程中或許付出一些代價在所難免。以何種方式付出怎樣的代價，是一個引人深思的問題。

參考：