基因編輯嬰兒還有多遠？

迄今為止，還沒有哪項生物技術像基因編輯技術一樣應用如此廣泛和快速。按照目前的進展速度，儘管「基因編輯」嬰兒的出現還需要一些時日，但是技術層面的問題將很快實現突破，而基因編輯治療人類疾病的臨床應用早已啟動，並取得了一些成效。

英國《自然》雜誌2016年11月15日報道，中國成都華西醫院的醫生對一名嚴重肺癌患者實施了一種特殊療法，將經基因編輯技術改造的免疫細胞注射回患者體內，以幫助治療癌症，這是國際上首次將基因編輯技術用於癌症的臨床治療，再次為近年來越來越火爆的「基因編輯」技術注入新的能量，也為人類攻克癌症、艾滋病和遺傳病帶來新的希望。

「基因編輯」風暴

人類很多疾病都與基因突變有關，如果能將突變的基因「撥亂反正」，將有望根除這些致命的遺傳病。研究發現，艾滋病、癌症等惡性疾病也都可以通過改良人體免疫細胞中某些基因加以治療。為此，科學家們一直在尋找能消滅這些疾病的終極武器，不過幾十年來的苦苦尋覓，收效甚微。

直到近幾年，科學家從細菌身上找到了一些「基因編輯」工具，讓這種根治人類遺傳病和其它惡性疾病的想法有可能變成現實。這些基因編輯工具其實是存在於細菌和古菌體內的一種防禦系統，能對入侵細菌基因組的病毒DNA進行精準的刪除或改寫，精確程度就像利用word軟體對近十億字的中國古典巨著《四庫全書》進行一個詞語甚至是一個字的編輯。

科學家對這些基因編輯工具進行一些改造，就變成現在生命科學研究領域廣泛使用的基因編輯技術，主要包括鋅指核酸酶（ZFN）技術、類轉錄激活樣效應因子核酸酶（TALEN）技術和最近發展起來的CRISPR/Cas9技術。這些基因編輯工具均含有兩個組件，一個是特異識別和結合目標DNA序列的組件，相當於word軟體中的「查找」工具，可以定位到某個特定詞語，另一個則是負責對目標DNA進行剪切修飾的核酸內切酶，相當於word軟體中的「剪切」工具，能輕鬆剪切掉這個特定詞語。所不同的是，前兩種基因編輯技術的「查找」工具是蛋白質，設計和製作成本較高，而CRISPR/Cas9技術是通過RNA來尋找靶向序列，由於設計RNA比蛋白質簡單，這項技術迅速走紅起來，基因編輯技術也像「風暴」一樣席捲整個生命科學領域。迄今為止，還沒有哪項生物技術像基因編輯技術一樣應用如此廣泛和快速。

基因編輯技術示意圖

人類細胞首當其衝

對人類細胞進行基因改造是實施基因治療的第一步，也是探索基因編輯治療疾病可行性的基礎。

11月7日，英國《自然》雜誌發表了美國斯坦福大學研究人員最新研究成果，他們利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，在體外成功修復鐮狀細胞貧血患者造血幹細胞中的致病突變基因——β珠蛋白基因，利用研究人員建立的濃縮技術，可讓修復的幹細胞比例達90%以上，這些修復的造血幹細胞在分化成紅細胞後，也能表達出正常的血紅蛋白。10月12日，美國《科學轉化醫學》雜誌也報道了美國加利福尼亞大學伯克利分校等類似的研究，該研究小組除了對人造血幹細胞進行基因改造，還將已改造的人造血幹細胞注入小鼠體內，發現這些幹細胞可在小鼠體內存活至少16個星期。這些研究表明，這種基因編輯過的人造血幹細胞有望幫助鐮狀細胞貧血患者改善病情。

2016年3月，《科學報告》雜誌報道了來自美國天普大學一項令人振奮的研究成果，研究人員利用CRISPR/Cas9技術將潛伏於艾滋病人T細胞基因組中的HIV病毒基因刪除，這些基因編輯過的T細胞仍然能正常生長，但是其中的HIV病毒載量降低了90%，有望未來三年左右應用於艾滋病的治療。其實在2015年11月，美國《科學》雜誌曾經報道過，美國哈佛大學研究人員同樣利用CRISPR/Cas9技術，將潛伏在豬基因組中的內源性逆轉錄病毒一次性全部刪除，不僅重新開啟豬異種器官移植的希望，也為同為逆轉錄病毒引起的艾滋病治療提供了參考。

編輯人類胚胎引發爭議

在動物和人類細胞上開展各種基因編輯技術研究之後，有些科學家抵不住誘惑，進行了人類胚胎基因編輯的大膽嘗試，中國科學家衝到了最前面，但是由於該項新技術尚不成熟，這種大膽的研究引發了國內外科學家同行和公眾的普遍疑慮和擔憂，甚至人們擔心是否會出現基因編輯嬰兒。

2015年4月，我國中山大學黃軍研究員團隊首次在學術雜誌《蛋白質與細胞》上公布了對人類胚胎進行CRISPR/Cas9基因編輯的消息。不過研究人員採用的是醫院丟棄的問題胚胎，並不能成功孕育出嬰兒。該研究的主要目的是對導致β型地中海貧血進行基因編輯，以研究治療或根除β型地中海貧血的可能性。

該研究是國際上首次關於人類胚胎基因編輯的報道，激起了科學界和公眾的激烈討論，黃軍研究員也入選國際著名學術期刊《自然》評選的2015年度對全球科學界產生重大影響的十大人物。

由於擔心基因編輯技術對人類生殖上的濫用，美國、歐洲、日韓以及中國等國家的該領域權威科學家們自發組織起來，在華盛頓召開了「國際人類基因編輯大會」（International Summit on Human Gene Editing），經過激烈討論，與會科學家形成共識：應繼續開展基因編輯技術的基礎和臨床前期研究，但是將尚不成熟的基因編輯技術應用於人類生殖是不負責的。

不過，科學家們利用基因編輯技術開展人類疾病治療研究的熱情並沒有完全被澆滅。2016年4月，廣州醫科大學附屬第三醫院范勇博士領導的團隊公開了第二例基因編輯人類胚胎的研究進展，據他們發表在《輔助生殖與遺傳學期刊》的學術論文顯示，從2014年4月至9月，研究人員從87名志願者那裡收集了213枚三原核受精卵，三原核受精卵屬於人工授精技術中不能正常發育成胎兒的問題胚胎，因此常被用於人類生殖的基礎研究。研究人員採用CRISPR/Cas9工具，對這些三原核受精卵中的基因CCR5進行編輯，共獲得4個對HIV病毒抵抗力顯著增強的突變型胚胎，並在三天內對這些胚胎進行了銷毀。這項研究同樣引起了國際頂級學術期刊《自然》《科學》以及眾多媒體的廣泛關注。

然而根據《自然》雜誌的預測，並非只有中國科學家如此超前，其實國際上很多科學家已開展了類似的研究，有些似乎走得更超前。據美國國家公共電台9月26日報道，瑞典卡洛林斯卡研究所的弗雷德里克·蘭納（Fredrik Lanner）博士首次採用CRISPR/Cas9技術對健康人的胚胎進行了基因編輯，期望找到治療不孕不育和流產的新方法，以及發展胚胎幹細胞療法來治療很多人類疾病。蘭納博士團隊已對十幾個胚胎進行基因編輯操作，這些研究仍在進行之中，最終結果也有待在學術雜誌上發表。不過蘭納博士表示這些基因編輯胚胎最長存活時間將不超過14天。

儘管存在較大爭議，對於開展人類基因編輯的基礎研究還是普遍被接受的，而且從這些前期研究來看，這些先行的科學家們也充分考慮到技術的成熟度和倫理問題，用於試驗的人類胚胎要麼來自有問題不能發育的胚胎，要麼是主動控制胚胎存活時間。

鑒於基因編輯技術的強大，很多科學家和公眾擔心這些技術會被秘密用於人類生殖。目前基因編輯技術的最主要問題是存在脫靶效應，即這些基因編輯工具除了對目標DNA序列進行編輯之外，還可能對基因組中與目標序列相近的DNA序列進行修飾，如果不能篩檢出這些意外基因突變，可能導致「基因編輯」嬰兒出現各種不可預測的問題。即使技術足夠成熟，與線粒體替換療法中的「三親嬰兒」一樣，也面臨對人類進行基因改良製造超人的擔憂。

受致命遺傳病困擾，很多不孕不育家庭的唯一動力可能就是擁有一個健康的寶寶，對他們來說，並不願意輕易放棄任何有可能圓夢的希望，而對科學家們和醫生們來說，除了加快基因編輯技術的基礎研究，掃除其安全應用的技術障礙，還需要接受道德和法律的約束。2016年2月，英國已批准開展人類胚胎基因編輯研究申請，其他國家也正在研究立法對人類胚胎基因編輯研究進行規範和引導。

臨床治療早已啟動

按照目前「基因編輯」風暴的速度，儘管「基因編輯」嬰兒的出現還需要一些時日，但是技術層面的問題將很快實現突破，而基因編輯治療人類疾病的臨床應用早已啟動，並取得了一些成效。

據2014年3月《新英格蘭醫學雜誌》披露，來自美國賓夕法尼亞大學和美國Sangamo生物技術公司的研究人員利用鋅指酶（ZFN）技術對艾滋病人CD4 T細胞中的CCR5基因進行編輯，並將這些基因編輯CD4 T細胞注射到12名艾滋病人體內，一周後患者血液CD4 Ｔ細胞大幅度增加，多數患者的HIV DNA水平顯著下降，其中有一名患者血液檢測不到HIV RNA。隨著這一嘗試的成功，美國Sangamo生物技術公司已啟動了對另外70位艾滋病患者的類似臨床試驗，有望為科學界開闢一條治癒艾滋病的新途徑。

2015年11月5日，英國《自然》雜誌報道了一個基因編輯技術治療白血病女嬰的案例。這個一歲的女嬰名叫萊拉(Layla)，被診斷患有白血病，之前多次常規治療均告失敗。在無計可施之際，萊拉的父母同意倫敦大奧蒙德街醫院的醫生採用基因編輯新療法放手一搏。醫生們將事先經TALEN編輯的健康捐獻者的T細胞注射到萊拉血液中，很快萊拉的病情出現好轉。

不過萊拉的主治醫生指出，這些方法並非治癒白血病的最終方案，因為研究人員只是對健康捐獻者的T細胞某些引起免疫排斥反應的基因進行了刪除，以防止這些外來T細胞被病人自身的免疫系統和抗癌藥物的攻擊，從而提升女嬰的免疫能力，爭取更多的治療時間。萊拉的主治醫生還計劃對另外10-12個白血病病人採取相同的治療方法。

萊拉

在基因編輯臨床應用方面，中國科學家也不甘落後。據英國《自然》雜誌11月15日報道，來自中國四川大學華西醫院腫瘤科主任盧鈾的團隊在國際上率先開展了一例基因編輯治療肺癌的臨床研究，研究人員從一名轉移性非小細胞肺癌患者血液中提取出免疫T細胞，利用CRISPR/Cas9技術對該細胞負責編碼PD-1蛋白的基因進行刪除，以使其失去活性。正常情況下，腫瘤細胞會分泌一種蛋白與免疫T細胞表面的PD-1蛋白結合，免疫T細胞則無法識別並攻擊腫瘤細胞，腫瘤細胞得以快速增值。將PD-1基因刪除後，T細胞就能正常識別腫瘤細胞，並向免疫系統發出攻擊腫瘤細胞的信號。研究人員將這些經改良的T細胞體外培養後，重新注射回患者體內，有望協助患者免疫系統清除腫瘤細胞，預計6個月後可以觀察到最終療效。據《參考消息》了解，本次臨床試驗還有另外9位癌症患者等待接受同樣的療法，在經歷放療和化療無效後，他們期待新的療法能帶來重生的希望。

除此之外，美國賓夕法尼亞大學和北京大學的研究團隊也計劃分別於2017年上半年開展類似的癌症治療臨床試驗。隨著這些臨床應用的深入開展並取得預期療效，「基因編輯」風暴勢必日趨強勁。

文/阿湯de基因旅行

主要關注生物科技進展，《南方周末》特約撰稿人