美国科学家发表论文,显示他们已成功编辑人类胚胎,纠正一种突变,这种突变会导致一种可遗传的心脏病。这项研究成果意义重大,因为它首次证明,这项技术未来或可安全用于消除多种致命疾病。
那么,这项新研究究竟让我们离治愈遗传病有多近?我们又该如何看待这项技术带来的伦理影响?
所用的基因组编辑工具 CRISPR-Cas9,改变了生物学领域。自发现以来的短短时间里,它不仅展现出潜力,也确实取得了成果。CRISPR以远低于以往所需的时间和成本,超越了此前所有细胞工程和基因组改造尝试。
这项技术如同分子剪刀,可剪切和粘接 DNA;它源自细菌用来抵御有害感染的天然防御系统。该系统能够识别入侵病毒的 DNA,将其切断,并把切下的序列整合到自身基因组中,使细菌对未来具有相似 DNA 的病毒感染产生免疫力。正是这种识别和切割 DNA 的能力,使科学家得以利用它瞄准并编辑特定的 DNA 区域。
当这项技术应用于“生殖细胞”(精子和卵子)或胚胎时,就会改变生殖系。这意味着,所做的任何改动都是永久性的,并会遗传给后代。这使相关问题在伦理上更加复杂;人类生殖系基因组编辑受到严格监管,而且在大多数情况下属违法行为。英国于2016年获得许可,可对人类胚胎实施 CRISPR,以研究早期发育。但任何国家都不允许将经过编辑的胚胎植入子宫并发育成胎儿。
当中国科学家于2015年宣布他们曾使用 CRISPR 编辑不可存活的人类胚胎(这些细胞不可能发育成活产婴儿)时,生殖系基因组编辑引起了全球关注。他们这样做是为了修改导致血液疾病 β-地中海贫血的基因。尽管取得了一些成功,但由于这项技术过早地用于人类胚胎,该研究受到大量批评。结果显示,操作中产生了大量可能有害的脱靶突变。
令人瞩目的结果
这项新研究发表于《自然》,其不同之处在于研究对象是可存活的人类胚胎,并显示基因组编辑可以安全实施,不会产生有害突变。研究团队使用 CRISPR 纠正了基因MYBPC3中的一种突变。该基因与约40%的心肌病——肥厚型心肌病有关。这是一种显性遗传病,因此,一个人只要携带一份异常基因拷贝,就会患病。
研究人员使用一名携带一份 MYBPC3 突变基因拷贝的患者的精子,制造了54个胚胎。他们用 CRISPR-Cas9 编辑这些胚胎,以纠正突变。如果不进行基因组编辑,约50%的胚胎会携带患者的正常基因,另有50%会携带他的异常基因。
基因组编辑的目标是让100%的胚胎都正常。在第一轮实验中,研究人员发现,注入 CRIPSR 后,66.7%的胚胎(54个中有36个)是正常的。在其余18个胚胎中,有5个保持不变,说明编辑可能未能奏效;另有13个胚胎只有部分细胞经过了编辑。
编辑效率受所用 CRISPR 组件的类型影响,尤其取决于它被注入胚胎的时机。因此,研究人员还尝试同时将精子和 CRISPR-Cas9 复合物注入卵子,结果更为理想。他们使用一种常见的试管婴儿技术——卵胞浆内单精子注射——对75枚捐赠的成熟人类卵子进行了这项操作。这一次,令人瞩目的是,最终有72.4%的胚胎正常。该方法还减少了同时含有编辑和未编辑细胞的胚胎数量(这类胚胎称为嵌合体)。
最后,研究团队又注入了22个胚胎,并将其培养至囊胚期(胚胎发育的较晚阶段)。研究人员对这些胚胎进行了测序,发现编辑确实成功。值得注意的是,他们证实脱靶突变水平较低。
一个崭新世界?
那么,这是否意味着我们终于有办法治愈使人衰弱的遗传病了?需要记住的是,这项研究并未达到100%的成功率。研究人员自己也强调,还需要进一步研究,才能充分了解这项技术的潜力和局限。
在我们看来,基因组编辑近期不太可能用于治疗大多数遗传病。我们仍无法确定基因组经过改变的孩子一生会如何发育,因此,携带遗传病的夫妇似乎不太可能选择基因编辑,而不采用现有的检测方法,例如胚胎植入前遗传学诊断或产前诊断,通过检测胚胎或胎儿来查找遗传缺陷。
许多人担心,改变人类胚胎与改善人类胚胎之间的界限该如何划定。如果一个人可能因生长激素异常而身材矮小,通过编辑其基因组使其长高,算是治疗还是增强?不难想象,这条界限很容易变得模糊。
大多数国家都在讨论对人类胚胎进行基因改造的临床、伦理和社会意义。由于道德和伦理方面的顾虑,有些国家或许永远不会允许生殖系基因组编辑。即使英国修改法律以允许基因组编辑,该技术也将受到严格监管,由人类受精与胚胎学管理局确保其仅用于医疗目的。
这并不意味着我们不应就其伦理影响展开公众讨论——开展这样的讨论至关重要。但在对一个崭新世界妄下结论之前,我们也应记得,肯定这一研究领域的惊人进展;未来,这些进展或许能帮助根除多种致命疾病。

