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【编者按】《新英格兰医学杂志》于2017年11月16日发表《修复人类生殖系细胞的有力理由》（Compelling Reasons for Repairing Human Germlines）。《NEJM医学前沿》将于11月24日在app和官网发表中译全文。我们邀请处于全球基因组编辑领域前沿地位的北京大学魏文胜教授撰文，综述基因编辑在临床应用中的来龙去脉，并呼吁中国相关部门制定明确的法规、政策，以促进基因编辑在临床领域的良性发展。

周卓，魏文胜*
 

北京大学生命科学学院，北京大学动态光学成像中心，北京未来基因诊断高精尖创新中心，北大-清华生命科学联合中心

* 通讯作者
 

作为新一代的基因组编辑工具，CRISPR系统自问世以来得到迅速发展和广泛应用，也为严重疾病的治疗带来全新契机。以CRISPR为代表的基因组编辑技术在生物医学领域中的应用涵盖构建疾病动物模型、辅助细胞免疫治疗、遗传矫正、筛选药物靶点以及病原检测等。

目前，直接利用该技术针对一些遗传疾病进行基因治疗已经有了众多的尝试，比如治疗地中海贫血（Thalassemia）和杜氏肌营养不良（Duchenne Muscular Dystrophy）等[1]。在这些研究中，CRISPR系统大多通过不与宿主基因组整合的腺相关病毒运送到患者的离体细胞或者疾病模型小鼠体内，实现遗传矫正。

然而对于大多数遗传疾病，只针对体细胞的基因组编辑并不能阻止有害基因传递给后代。人们不禁会想，能否在人类胚胎中进行基因编辑，从而从根源上完全实现致病突变的遗传矫正？

在2017年11月16日出版的《新英格兰医学杂志》上，哈佛大学的George Church教授针对这一问题表达了自己的观点。

Church教授首先对2017年8月份发表在《自然》杂志上一篇关于在人类胚胎中进行基因编辑的文章“Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos”[2]进行了评述。这篇文章由俄勒冈国家灵长类动物研究中心Shoukhrat Mitalipov及合作者完成，他们利用CRISPR/Cas9技术在人胚中修正了与肥厚型心肌病（Hypertrophic Cardiomyopathy）发生相关的基因（MYBPC3）突变，并通过深度测序证实了该修复过程是有效且安全的。

Church认为该文章有三个显著的特点：只针对突变基因位点的特异编辑、通过转染Cas9 蛋白降低脱靶效应、将精子与Cas9 RNP（ribonucleoprotein）一同注射进MII期的卵母细胞从而避免镶嵌型胚胎的形成。这项工作使携带正常MYBPC3基因胚胎的比率从对照组的低于50%提高到了72%，且没有观察到脱靶现象。Church因此认为，在这样的结果面前，人们有“足够的理由”来重新思考进行人类胚胎编辑的可能性。

早在2015年4月，中山大学的黄军就团队首次报道了在异常受精的人类三倍体受精卵中进行基因组编辑的尝试[3]，这项工作引起了科学界的广泛关注和巨大争议，特别是人们担心人源受精卵的基因编辑所带来的伦理和社会问题。

一方面，不成熟的基因组编辑技术产生的脱靶效应会带来难以预料的严重后果；另一方面，可遗传的基因改变可能会扩散到群体中，有必要对任何此类基因改变做出安全预测和评估。人们的另一层担忧是，如果缺乏有效监管和法规约束，人源胚胎的基因编辑有可能会被滥用，比如制造“完美婴儿”或者具有增强性状的“超人”等，造成严重的伦理问题和社会不公。

Church认为，因恐惧未知的风险而裹足不前本身就是一种冒险。每年全世界出生的1.3亿新生儿中，大约有7百万携带严重的遗传疾病，如果能够对胚胎进行筛查或者对胚胎进行基因编辑矫正，将会造福人类。Church还列举了其他一些理由，比如对胚胎进行基因编辑能够减少流产和胚胎的遗弃，这符合西方文化传统中“胚胎是人”的道德范式。

在美国国会通过的2016综合拨款法案中，联邦基金被禁止用于研究对人类胚胎进行可遗传的修饰，对此Church反驳道：罹患癌症的“准父母”们需要接受化疗，这个过程会引起随机的生殖系突变，岂不是这种治疗也应该禁止吗？对于基因编辑可能用于无法取得后代知情同意的“人类增强”，Church认为，人类在世代繁衍的过程中已经接受了各种“增强”，比如教育和居住环境的提升、通过接种疫苗获得免疫等，这些大多没有征得子孙后代的许可。其实，通过在全球范围内的计划免疫，人类已经消灭了天花和脊髓灰质炎病毒，实现了群体增强。

伦理，技术和政策——都需要考虑

1

哪些基因能够进行编辑？ 

基因一旦发生可遗传的改变，将有机会扩散到种群中去。随着全球化的加剧以及基因驱动（gene drive；利用基因工程使特定基因有偏向性地在后代中遗传）等相关技术的兴起，这种扩散几率和速度会大大增加。另外，基因与基因、基因与环境之间都会发生复杂的相互作用，这种作用的后果难以预料。

比如，一些研究试图利用基因组编辑技术在人类细胞中删除或者灭活HIV的受体蛋白CCR5，以获得抵抗HIV侵染的表型[4,5]。但是又有研究表明，进化过程赋予了CCR5重要的使命——抵抗西尼罗河病毒入侵，去除CCR5可能会使这部分人感染西尼罗河病毒的风险显著提高[6]。因此，对于在人群中广泛存在的“野生型”基因进行编辑存在不可预测的高风险。在现阶段，也许我们应该优先考虑对突变的致病基因进行矫正，在“野生型”基因上进行编辑则需要格外慎重。

2

我们在技术层面是否做好准备？ 

大量基础研究证实了基因组编辑技术的有效性，但临床实践对基因组编辑的精准性和安全性提出了更高要求。“脱靶效应”目前是基因组编辑技术的“阿喀琉斯之踵”，一旦在胚胎中发生了非目的性编辑，可能会造成严重后果。科学家们通过蛋白质工程技术，发展出了更高保真度的CRISPR系统[7, 8]，但远未达到“零脱靶”的目标。尽管如此，我们依然相信，随着技术的进步和研究的深入，符合医学实践要求的、更加安全有效的编辑工具终将会出现。

另外，人们还在持续不断地思考和发展不同类型的基因组编辑工具以满足适合治疗目的的苛刻要求。一个典型的例子就是最近开发的单碱基编辑技术，利用定点化学修饰而非对基因组进行切割实现碱基的转变，这为单核苷酸变异造成的疾病提供了新的治疗方向。该技术将改造的Cas9蛋白（dCas9或nCas9）与胞嘧啶脱氨酶如APOBEC、AID相结合，可以将胞嘧啶定点转换为胸腺嘧啶[9-11]。最近，哈佛大学的David Liu团队通过改造细菌中的TadA酶，成功实现了腺嘌呤到鸟嘌呤的转换[12]。由于单碱基编辑器还存在一定的“窗口”，即编辑的范围可能是数个碱基，相关技术还有很大的优化空间来进一步提升效率和增加特异性。

3

政策与监管 

Church对美国国会干预胚胎基因编辑研究不无忧虑，指出这将可能使美国在这场“可能是本世纪最有影响力”的技术浪潮中失去优势。在中国，各研究机构对涉及胚胎的研究有严格的伦理审查，但却没有明确的法规、政策对开展胚胎基因编辑研究进行规范，研究人员往往需要经历漫长的审批、等待才能开始相关工作；同时伦理委员会也需要对潜在的伦理风险进行评估，花费大量时间在现有的政策中找出合理依据。因此，制定基因组编辑研究相关的政策法规，确定技术应用的范围来规范科研和医疗行为，将会促进这一领域的良性发展。

◆ ◆ ◆

我们相信在严格规范和安全有效的前提下，对胚胎基因的编辑将有机会给人类带来福祉。当然，我们需要思考技术发展的边界在哪里？如何在推动技术造福人类健康的进程中、规避潜在的灾难性风险和伦理困境？人类历史上不止一次地出现新技术对社会伦理产生巨大挑战的事例，比如DNA重组技术和生殖性克隆技术的诞生。在看到颠覆性技术带来的诱人机遇时，人们总是会面临技术的挑战和伦理道德的困局。也许更开放的心态有助于我们享受新技术给人类带来的更大福利。

专家介绍

魏文胜，北京大学生命科学学院研究员，同时担任北京大学生物动态光学成像中心、北京未来基因诊断高精尖创新中心（北京大学）以及北大-清华生命科学联合中心研究员，任中国遗传学会基因组编辑分会副主任。致力于发展真核基因组编辑技术，关注真核基因定点修饰、功能基因组学以及基因治疗，在此基础上研究癌症、感染等重大疾病发生发展的分子机制，为发展高效治疗手段提供新的药物靶点和思路。

参考文献

[1] Xiong X, Chen M, Lim WA, Zhao D, Qi LS. CRISPR/Cas9 for Human Genome Engineering and Disease Research. Annu Rev Genomics Hum Genet 2016;17:131-54.

[2] Ma H, Marti-Gutierrez N, Park SW, et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos. Nature 2017;548:413-9.

[3] Liang P, Xu Y, Zhang X, et al. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein Cell 2015;6:363-72.

[4] Xu L, Yang H, Gao Y, et al. CRISPR/Cas9-Mediated CCR5 Ablation in Human Hematopoietic Stem/Progenitor Cells Confers HIV-1 Resistance In Vivo. Mol Ther 2017;25:1782-9.

[5] Ye L, Wang J, Beyer AI, et al. Seamless modification of wild-type induced pluripotent stem cells to thenatural CCR5 Delta32 mutation confers resistance to HIV infection. Proc NatlAcad Sci U S A 2014;111:9591-6.

[6] Glass WG, McDermott DH, Lim JK, et al. CCR5 deficiency increases risk of symptomatic West Nile virus infection. J Exp Med 2006;203:35-40.

[7] Chen JS, Dagdas YS, Kleinstiver BP, et al. Enhanced proofreading governs CRISPR-Cas9 targeting accuracy. Nature2017;550:407-10.

[8] Kleinstiver BP, Pattanayak V, Prew MS, et al. High-fidelity CRISPR-Cas9 nucleases with no detectable genome-wide off-target effects. NATURE 2016;529:490-5.

[9] Komor AC, Kim YB, Packer MS, Zuris JA, Liu DR. Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage.NATURE 2016;533:420-4.

[10] Hess GT, Fresard L, Han K, et al. Directed evolution using dCas9-targeted somatic hypermutation in mammalian cells. NAT METHODS 2016;13:1036-42.

[11] Ma Y, Zhang J,Yin W, Zhang Z, Song Y, Chang X. Targeted AID-mediated mutagenesis (TAM) enables efficient genomic diversification in mammalian cells. NAT METHODS2016;13:1029-35.

[12] Gaudelli NM, Komor AC, Rees HA, et al. Programmable base editing of A•T to G•C ingenomic DNA without DNA cleavage. NATURE doi:10.1038/nature24644. 

本文由《NEJM医学前沿》编辑部负责翻译及编写，内容以英文原版为准，中译全文由马萨诸塞州医学会NEJM集团独家授权。欢迎转发至朋友圈，如需转载，请联系collaboration@nejmqianyan.cn。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留追究法律责任的权利。
 

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