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顶尖期刊齐发文:到底该不该对人类胚胎进行基因编辑?

3月5日,MIT科技评论发表了一篇名为《设计完美婴儿》的文章,文章中不仅提到了哈佛大学医学院著名遗传学家、基因编辑牛人George Church,还提到了来自中国北京大学,曾被福布斯杂志评为“2014年度科学及医疗领域30位30岁以下俊杰”、现任哈佛大学博士后的杨璐菡。也正是这篇文章,使得国际顶尖学术期刊《自然》和《科学》杂志皆发表评论性文章,呼吁科学家们暂时停止对人类胚胎DNA编辑的研究。


科学家们从外科医生那里获得灵感,即对镰状红细胞贫血患者额错误基因进行编辑,这不会影响到胚胎细胞,更不会改变后代的DNA信息。相比之下,通过基因编辑技术对胚胎DNA进行修饰时,这些新插入的基因信息将会对后代产生影响,使得很多人反对进行胚胎DNA编辑。那么到底该不该对人类胚胎DNA进行基因编辑呢?本文综述了不同期刊及行业人士的一些观点。


基因编辑的神器:CRISPR技术


CRISPR技术经过短短三年的发展,已经成为科学家修饰DNA的常用工具。由于CRISPR的精准编辑功能,使得它已经在一些人类致命性疾病上已经具有广泛的应用, 并开发出了一些基因治疗手段。


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,我们认识到了CRISPR基因编辑是近年来的热点技术。2013年两篇发表在《科学》上的论文开创了CRISPR基因组编辑技术的新时代,随后生命科学界刮起了CRISPR风暴,迄今为止CRISPR方法已迅速席卷了整个动物王国,成为DNA突变和编辑的一种重要技术。


对人类DNA进行编辑具有划时代的医学意义


新的基因编辑技术使得精确地修饰人类DNA成为可能。哈佛大学的基因编辑大牛George Church或许就知道如何从基因工程的角度来设计婴儿。Church的实验室绝对称得上是一个迷宫,在这里你可以随处看到研究者们向埃希氏大肠杆菌里插入你从未见过的遗传密码子;并采用基因工程技术将修饰过的DNA导入长毛象的体内。


Church的实验室简直是创造新技术的核心,研究者们总能在他的实验室里创造出自己所期望的生物,此外还有一位来自中国北京的年轻博士后杨璐菡。她正在跟随Church教授开发一种强大的基因编辑工具——CRISPR-Cas9。在Church的指导下,杨博士已经创立了一家小的公司,进行猪和骆驼的基因编辑,插入优势基因,敲除劣势基因。


记者在听过杨博士的一番讲解后,终于找到了一个向他请教的机会:这些操作可以在人类身上实现吗?可以丰富人类基因库吗?科学的主流观点会支持这些听起来不太安全、不负责任甚至是不可能实现的想法吗?


杨博士一边不假思索地回答道,当然可以,哈佛大学的实验室曾有个计划以期达到夙愿;一边打开了笔记本电脑里的名为“生殖系细胞编辑”的PPT,上面赫然写着“改变人类遗传信息的提议”。


杨博士解释道,生殖系细胞即我们熟知的精子和卵细胞。通过编辑生殖系细胞DNA,可以对后代的错误DNA进行修饰,这项技术可以使一些家族摆脱囊性纤维化等遗传性疾病;此外还可以向人体细胞植入相关基因,使机体免受阿尔茨默病、老化等疾病。


杨博士的实验室与哈佛医学院另一个研究衰老的专家David Sinclair的实验室合作,他们一起提取不成熟的卵细胞,然后在实验室内进行培养和分离。杨博士将会在这些细胞中对BRCA1突变基因进行改造,旨在创造一个不会导致女性乳腺癌的卵细胞。


因此,一旦这项技术实现了,这在医学上将具有划时代的意义,就像上世纪出现的疫苗那样意义非凡。


对人类胚胎DNA进行编辑


订制“完美婴儿”备受争议


针对坊间已经有人用精确的基因编辑技术改写了人类胚胎的DNA,美国再生医学联盟的主席Edward Lanphier联合4位学者在3月12日的Nature杂志上发表评论文章,号召研究者们暂时不要对人类生殖细胞进行基因编辑。因为用现有技术对人类胚胎进行基因编辑,可能对后代产生无法预测的后果,尤其是万一改造出了具有“黑暗超能力的婴儿”时,人类或将无法控制局面。


基因编辑技术的先驱Fyodor Urnov是这篇文章的作者之一,他与Lanphier共同指出:“这样的技术可能被利用,进行非治疗性的基因编辑。我们担心这样的伦理问题会引起公众抗议,影响基因编辑技术在医疗领域的美好前景,”现在有许多研究团队正在尝试用基因编辑工具(尤其是CRISPR)治疗人类的基因缺陷(比如校正白细胞)。他们担心,用基因编辑制造“设计婴儿”会使这一技术遭到全方位的抵制。生殖细胞基因编辑(改造胚胎、卵子或精子)一直是人们关注的焦点,因为这样基因修饰会代代相传影响后代。Lanphier他们认为需要停下任何涉及人类胚胎的生殖细胞基因编辑。


而另一些科学家不同意这个立场,事实上包括Urnov所在的公司,许多机构已经采用了基因编辑工具来诊断人类的遗传缺陷(例如,对白细胞的编辑),因此要想消灭那些遗传学疾病,这需要科学家对研究进一步研究。


《科学》杂志的报道采访了波士顿儿童医院的George Daley教授,其认为在现在人类对胚胎DNA基因编辑认知不全的情况下,就允许对生殖细胞的改造的确为时过早,即使在今后技术成熟了也需要获得当事人的同意,让其清楚地认识到,这些基因修饰是可以遗传给后代的。


中美科学家在基因编辑方面处于领先优势


日本科学家质疑中美监管基因编辑的能力


中国上海科技大学生命科学与技术学院的遗传学家黄行许(Xingxu Huang)教授正在向其所在机构的伦理委员会提出申请,以批准其可以从遗弃的人类胚胎中来研究基因改造。据了解,中国每年不孕不育夫妇在医院内遗弃的胚胎近一半,仅江苏省人民医院生殖中心试管婴儿方面已经做了近6000个周期,这个数量以每年20%的速度增加。在这些周期中,至少有一半成功孕育出了宝宝,一半的胚胎被冷冻保存数年至无人问领)。


2014年2月,黄行许教授用CRISPR/Cas9系统对猴子胚胎进行了基因编辑,并且获得了活蹦乱跳的基因工程猴。当然目前法律不允许人类胚胎实验走那么远,但CRISPR技术“在人类中有很大的应用潜力,也使得其对这项技术在人类上的应用多了几份设想。


除了黄教授以外,加州的拉荷亚索尔克生物研究所(Salk研究所)的发育生物学家Juan Carlos Izpisua Belmonte正在用基因编辑技术去除线粒体的致病突变,他的研究对象是未受精的卵子。未来,经过线粒体修饰的人类卵子可能会用于IVF试管婴儿,防止后代从母亲那里遗传到线粒体疾病。


另外还有传言说,科学家们已经获得了经过基因编辑的人类胚胎。一些不愿透露姓名的研究者告诉Nature团队,相关论文正在考虑要发表出来。


2014年,北海道大学的Tetsuya Ishii发表综述指出,生殖细胞基因编辑在许多国家都是明令禁止的。但近年来飞速发展的基因编辑技术(主要是CRISPR)带来了新的冲击。这些技术非常简单很容易在生殖诊所中使用,过早被用于人类的可能性很高。


首当其冲的问题是,基因编辑会出现脱靶效应,在靶点以外的地方引起突变。中科院生物物理所刘光慧(Guanghui Liu)研究员之前发表的一项研究表明,在干细胞中编辑一个基因,并没有在其它基因组位点引起多少突变。不过,他警告说这只是一个个例。加州大学的生化学家Jennifer Doudna认为,基因编辑技术在医疗上的每一个应用,都需要分别验证其安全性和有效性。


Ishii最担心的是美国和中国。生殖细胞基因编辑在美国并没有被禁止,只是需要政府批准。但从历史上看,这种限制并没有起到很好的效果,比如说那些未经验证的干细胞治疗。中国虽然有相关禁令但执行起来可能并不容易,比如说用超声鉴定性别就没有完全被控制住。而且中国的灵长类基因编辑发展得最为迅速。“世界各地都有许多狡猾的生殖诊所,” Ishii说。


科学始终是一把双刃剑


造福人类才是最关键!


George Church的思想就很前卫,他在接受记者采访时就表示,既然我们很多人都期望拥有一个蓝眼睛和金发的漂亮宝宝,那为什么就不能订制一批能够成为未来的领导或科学家的人类呢?


从2014年8月美国公布的一项调查问卷来看,对于“基因编辑胚胎DNA”这件事,一些保守者和伦理学家或许是占了上风。


目前除美国以外,大多数国家已经明确禁止了胚胎DNA编辑技术,以及许多科学协会也一致认为对胚胎DNA进行编辑是危险的。欧洲人权和生物医学委员会就认为改变人类基因库是一种犯罪行为,这是对人类尊严和人权的一种亵渎。


但是,Church教授表示在这项技术切实可行前,这些也都只是虚张声势。因为现在,即使有CRISPR技术的支撑,对胚胎DNA进行编辑也只是一种尚未实现的可能。


杨璐菡博士还补充道,这个实验过程非常复杂,研究者需要先从纽约的某所医院里找到由BRCA1基因突变引起的卵巢癌患者的子宫,并从其体内获得胚胎才可以进行试验研究。


不过当记者问到人类何时会进行胚胎基因编辑时,她也未正面回答该问题。因此很难知道她描述的试验是否会发生、终止还是悬而未决。Church在电话里表示那并非一个什么大的计划,顶多算得上一个未结果的项目。尽管他们今后医院可能会跟实验室有一些合作,不过杨璐菡博士后已经有好几个月未做试验了。


波士顿还有一个叫做OvaScience的公司在运营着,里面有来自中国、英国等不同国家的科学家,这家位于马萨诸塞州剑桥区的公司声称已经有数位全球顶级生物学家成为其品牌顾问。


虽然在胚胎和生殖细胞中进行基因编辑需要经过广泛的安全和伦理学讨论,不管这种在人类胚胎进行的特殊试验的最终命运会怎样,以及人类对胚胎DNA编辑的观念发生何种改变,但倘若这样的研究有望消灭遗传疾病,不应当因噎废食。因为无论科学发展到何种阶段,它始终是一把双刃剑,科学家们合理地利用、造福人类才是最关键!


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