在世界首例中，中國科學家報告稱已編輯了人類胚胎的基因組。結果發表在線上期刊Protein & Cell上，證實了有關此類實驗已經進行的廣泛傳言——這些傳言引發了上個月關於此類工作倫理影響的備受矚目的辯論。
在論文中，由廣州中山大學基因功能研究員黃軍就領導的研究人員試圖透過使用從當地生育診所獲得的“非活性”胚胎來消除此類擔憂，這些胚胎無法導致活產。該團隊嘗試使用稱為 CRISPR/Cas9 的基因編輯技術來修改負責 β-地中海貧血症的基因，β-地中海貧血症是一種可能致命的血液疾病。研究人員表示，他們的結果揭示了該方法在醫療應用中應用的嚴重障礙。
“我相信這是 CRISPR/Cas9 應用於人類植入前胚胎的首份報告，因此這項研究具有里程碑意義，也是一個警示故事，”波士頓哈佛醫學院的幹細胞生物學家喬治·戴利說。“他們的研究應該對任何認為該技術已準備好進行測試以根除疾病基因的從業者發出嚴厲警告。”
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有些人說，胚胎基因編輯可能擁有光明的前景，因為它可以在嬰兒出生前根除毀滅性的遺傳疾病。另一些人則表示，此類工作跨越了倫理界限：研究人員在 3 月份的《自然》雜誌上警告說，由於對胚胎的基因改變（稱為種系修飾）是可遺傳的，因此它們可能對後代產生不可預測的影響。研究人員還表示擔心，任何對人類胚胎進行的基因編輯研究都可能成為走向不安全或不道德地使用該技術的滑坡。
黃軍就團隊的論文似乎將重新點燃關於人類胚胎編輯的辯論——並且有報道稱，中國其他團隊也在進行人類胚胎實驗。
有問題的基因
黃軍就團隊使用的技術包括將酶複合物 CRISPR/Cas9 注射到胚胎中，該複合物在特定位置結合和剪接 DNA。該複合物可以被程式設計為靶向有問題的基因，然後透過同時引入的另一個分子替換或修復該基因。該系統在人類成人細胞和動物胚胎中得到了充分研究。但尚未有關於其在人類胚胎中使用的已發表報告。
黃軍就及其同事著手研究該程式是否可以替換單細胞受精人類胚胎中的基因；原則上，隨著胚胎髮育而產生的所有細胞都將具有修復後的基因。他們從生育診所獲得的胚胎是為了體外受精而建立的，但在被兩個精子受精後，具有額外的染色體組。這阻止了胚胎導致活產，儘管它們確實經歷了發育的早期階段。
黃軍就的研究小組研究了 CRISPR/Cas9 系統編輯名為HBB的基因的能力，該基因編碼人類 β-珠蛋白蛋白。該基因的突變是導致 β-地中海貧血症的原因。
嚴重障礙
該團隊注射了 86 個胚胎，然後等待了 48 小時，這足以讓 CRISPR/Cas9 系統和替換缺失 DNA 的分子發揮作用——並讓胚胎生長到大約每個八個細胞。在 71 個存活的胚胎中，有 54 個進行了基因檢測。這表明只有 28 個被成功剪接，並且只有一小部分含有替換的遺傳物質。“如果你想在正常胚胎中這樣做，你需要接近 100%，”黃軍就說。“這就是我們停止的原因。我們仍然認為它太不成熟了。”
他的團隊還發現了令人驚訝數量的“脫靶”突變，據推測這些突變是由 CRISPR/Cas9 複合物作用於基因組的其他部分而引入的。這種效應是圍繞種系基因編輯的主要安全問題之一，因為這些意外突變可能有害。此類突變的發生率遠高於在小鼠胚胎或人類成人細胞的基因編輯研究中觀察到的發生率。黃軍就指出，他的團隊可能只檢測到了一部分意外突變，因為他們的研究僅關注了基因組的一部分，即外顯子組。“如果我們進行全基因組測序，我們會得到更多，”他說。
倫理問題
黃軍就說，這篇論文被《自然》和《科學》雜誌拒絕發表，部分原因是倫理方面的反對；兩家期刊均拒絕評論該說法（《自然》新聞團隊在編輯上獨立於其研究編輯團隊。）
他補充說，該論文的批評者指出，低效率和大量脫靶突變可能是該研究中使用的異常胚胎特有的。黃軍就承認了這種批評，但由於沒有正常胚胎基因編輯的例子，他說無法知道該技術在正常胚胎中的運作方式是否不同。
儘管如此，他仍然認為，與動物模型或使用成人人類細胞的模型相比，胚胎允許更具意義的模型——以及更接近正常人類胚胎的模型。“我們想向世界展示我們的資料，讓人們瞭解這種模型真正發生了什麼，而不僅僅是談論沒有資料會發生什麼，”他說。
但上個月在《自然》雜誌上發出警告的科學家之一愛德華·蘭菲爾表示：“這強調了我們之前所說的：我們需要暫停這項研究，並確保我們對我們在這裡要走向哪個方向進行廣泛的討論。”蘭菲爾是加利福尼亞州里士滿市 Sangamo Biosciences 公司的總裁，該公司將基因編輯技術應用於成人人類細胞。
黃軍就現在計劃研究如何使用成人人類細胞或動物模型來減少脫靶突變的數量。他正在考慮不同的策略——調整酶以更精確地引導它們到所需的位置，以不同的形式引入酶，這可能有助於調節它們的壽命，從而允許在突變積累之前關閉它們，或改變引入的酶和修復分子的濃度。他說，使用其他基因編輯技術也可能有所幫助。CRISPR/Cas9 相對高效且易於使用，但另一種稱為 TALEN 的系統已知會引起較少的意外突變。
然而，關於人類胚胎編輯的辯論肯定會在一段時間內繼續下去。CRISPR/Cas9 以其易用性而聞名，蘭菲爾擔心現在會有更多科學家開始努力改進黃軍就的論文。“CRISPR 的普遍可及性和建立的簡易性，”他說，“為世界任何地方的科學家創造了進行他們想要的任何型別實驗的機會。”
一位熟悉該領域發展的中國訊息人士稱，中國至少有四個團隊正在進行人類胚胎基因編輯。
本文經許可轉載，並於2015 年 4 月 22 日首次發表。