中國學者再次發表人類胚胎基因編輯成果

最近Shoukhrat Mitalipov在Nature發表了利用人胚胎WT等位基因同源重組修復致病突變基因的文章，引起領域內的極大關注（詳見BioArt此前的報道：【黃軍就點評】科學狂人Nature發表編輯人類胚胎成果）。8月24號，BioRvx發表的Dieter Egli等人的質疑文章「Inter-homologue repair in fertilized human eggs?」；8月31日，Science刊登了「Skepticism surfaces over CRISPR human embryo editing claims」的文章（詳見BioArt此前的報道：George Church等六人質疑編輯人類胚胎成果丨聚焦），大家認為Nature雜誌的文章不能提供直接的嚴謹的數據證明突變胚胎利用了內源等位基因進行同源重組修復。此外，受精卵如何在雌性和雄性原核不能足夠靠近的情況下進行重組修復也仍不清晰。相信後續的爭論還會持續一段時間。

9月20日，來自英國Francis Crick研究所由Kathy K. niakan領導的研究團隊同樣在Nature雜誌上以長文形式（Article）發表了相關的研究成果，重點關注的是運用CRISPR-Cas9 基因編輯技術研究OCT4在人類早期胚胎髮育中的作用，再次將人類早期胚胎基因編輯相關研究推向另一個高潮（詳見此前BioArt的報道：Nature再發人類早期胚胎髮育基因編輯成果丨特別關注）。

儘管Nature在短時間內相繼發表了兩篇人類胚胎基因編輯的研究成果，但是也不得不承認事實上早在2015年來自中山大學的黃軍就團隊就曾在Protein & Cell雜誌上發表文章率先利用CRISPR–Cas9基因編輯技術對人三原核（3PN）受精卵中的地中海貧血症相關基因HBB（β-globin gene，編碼紅細胞β-珠蛋白）進行了改造。

近日，Protein & Cell雜誌再次刊登了來自中山大學黃軍就教授聯合周燦權教授、松陽洲教授組成的合作團隊題為「Correction of β-thalassemia mutant by base editor in human embryos」的研究論文（下圖），證實了單鹼基編輯系統可以針對特定類型的單鹼基突變的人類胚胎基因組進行精確的修復，為修復地中海貧血症HBB -28 (A>G)點突變具有重要的臨床前研究意義。

近期，黃軍就等團隊嘗試利用單鹼基系統對點突變的遺傳疾病進行修復研究，單鹼基的優勢在於不會造成雙鏈DNA的切割，減少脫靶效應和鑲嵌性；單鹼基系統修復特異和效率較高（詳見相關的報道：方興未艾：單鹼基基因編輯技術）。

首先，研究人員通過查找鎖定了地中海貧血症HBB -28 (A>G)的突變位點。據2015年統計，我國重型和中間型地貧患者在30萬人左右，「地貧」基因攜帶者超過3000萬人，涉及近3000萬家庭1億人口，主要集中在廣東、廣西、海南、重慶、四川、貴州、雲南等省（市、自治區），尤以兩廣地區最為嚴重，廣東「地貧」基因攜帶者超過10%，廣西「地貧」基因攜帶者超過20%。HBB -28 (A>G)點突變在β地貧中佔10%以上，因此研究修復地中海貧血症HBB-28 (A>G)點突變具有重要的臨床前研究意義。

在最新的這篇Protein & Cell文章中，研究人員首先通過慢病毒載體構建含有-28(A>G)突變位點序列的293T細胞系，然後篩選出特異打靶的gRNAs。通過中山大學附屬第二醫院方建培教授查找資料庫，找到HBB -28 (A>G)純合體病患者，在簽訂知情同意書後收集血液細胞和皮膚成纖維細胞。利用原代皮膚成纖維細胞，研究人員發現單鹼基系統在部分細胞中可以100%修復點突變位點。最後實驗為了避免雜合體胚胎單鹼基修復後的檢測困難等問題，因此研究人員通過核移植的方式構建HBB -28 (A>G)的人純合點突變的核移植胚胎，利用優化的單鹼基系統在胚胎中實現了精確的突變位點修復。

該文章提供了可靠的實驗數據，證實了單鹼基編輯系統可以針對特定類型的單鹼基突變細胞或胚胎基因組進行精確的修復。東南亞地區中-28(A>G)攜帶者、純合體病人和混合基因型重症病人發生率高，如果能在胚胎水平實現50%的修復效率，那麼有可能使攜帶者的雜合子後代減少獲得該點突變遺傳的概率，而純合體病人和混合基因型重症病人有望得到徹底的病情緩解甚至徹底地解決。

據悉，該工作主要由第一作者梁普平博士和丁晨暉博士等完成，黃軍就教授、周燦權教授和松陽洲教授為共同通訊作者，第一完成單位為中山大學生命科學學院。值得一提的是梁普平博士和丁晨暉博士還是2015年首次在三原核胚胎中進行基因編輯嘗試的第一作者，在上述系列科學研究中做了非常出色的工作。

參考文獻：

Liang, P., Xu, Y., Zhang, X., Ding, C., Huang, R., Zhang, Z., ... & Huang, J. (2015). CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes.Protein & cell, 6(5), 363-372.

Ma, H., Marti-Gutierrez, N., Park, S. W., Wu, J., Lee, Y., Suzuki, K., ... & Darby, H. (2017). Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos.Nature, 548(7668), 413-419.

Liang, P. et al. Effective gene editing by high-fidelity base editor 2 in mouse zygotes.Protein & cell(2017).

通訊作者與第一作者簡介：

黃軍就，中山大學生命科學學院教授，博士生導師，副院長。中山大學雙一流平台的細胞生物學平台中「細胞基因編輯研究和應用」方向的團隊負責人。在Molecular Cell、Cell Research、Stem Cells、Aging Cell、Protein Cell等國際高水平雜誌上發表論文43篇，總影響因子達250，其中第一作者/通訊作者論文28篇。論文總引用超1000次。世界上首次在人類胚胎水平通過基因修飾方法修正地中海貧血的突變基因，研究工作被Nature、Science等全球100多家科技媒體的熱點報道。2011年獲評為廣州市首批珠江科技新星；2014年入選廣東特支計劃百千萬青年拔尖人才；2015年，《自然》評選黃軍就為年度十大科學人物；2016年，獲得中國幹細胞協會評「幹細胞青年研究員獎」；2017年，中國遺傳學會基因編輯分會學術委員。科研工作獲得國家重點研發計劃，國家基金委面上項目等資助。

周燦權， 中山大學附屬第一醫院教授，博士導師，副院長。婦產科學首席專家、學術帶頭人。中華醫學會生殖醫學分會第二屆主任委員、中華醫學會生殖醫學分會第二屆臨床學組組長、廣東省生殖醫學重點實驗室主任等。從事婦產科學醫、教、研工作30多年，在國內率先建立單精子卵母細胞漿內顯微注射技術和胚胎植入前遺傳學診斷技術，率先應用經陰道超聲引導下的減胎術處理早期多胎妊娠。參與指導了國內眾多的生殖中心的建設，是推動我國生殖醫學發展的學科帶頭人之一。近年，帶領技術團隊進一步深化胚胎植入前遺傳學診斷技術、生殖力的保存和保護、人胚胎幹細胞建系、核移植等技術的研發，先後參與或承擔了包括國家科技部973、863項目的一級子課題在內的34項科研項目。

松陽洲，中山大學生命科學學院教授，博士生導師。廣州市抗衰老重點實驗主任。1998年起在美國貝勒醫學院任助理教授，歷任副教授、正教授和講席教授。2009年-2016年擔任生命科學學院院長。中組部首批"千人計劃"入選者，科技部國家重大科學研究計劃和重點研發計劃首席科學家。研究重點圍繞衰老和再生的分子機製做出了獨創性的貢獻，對人體細胞端粒調節機理和胚胎幹細胞的蛋白組學和功能性的研究處於國內外相關領域的前沿。曾榮獲Scientist報年度最佳論文獎和Cell雜誌30年最佳30篇文章獎，Irvington Institute Postdoctoral Fellowship等榮譽。兼任Science, Nature, Cell, PNAS和JBC等國際刊物的審稿人。迄今已在Nature, Science, Cell, PNAS, Nature Cell Biology, Molecular Cell等國際知名雜誌上發表論文120多篇，總引用次數超過12000次，2015年H-index為52。科研工作獲科技部國家重大科學研究計劃和國家重點研發計劃、國家自然科學基金重大研究計劃等項目的資助。

梁普平，中山大學生命科學學院特聘副研究員。2015年獲博士學位。博士期間協助搭建中山大學首個動物轉基因平台，建立了基因打靶及基因編輯技術體系，製備30餘種基因修飾小鼠模型。作為第一作者，在世界上首次在人類胚胎中利用CRISPR/Cas9技術編輯地中海貧血的突變基因HBB；系統地分析了SaCas9、HF2-BE2等編輯效力；首次利用單鹼基編輯系統在人胚胎中特異地修復了點突變。目前主持國家自然科學基金青年基金項目、廣州市科技計劃項目、中山大學青年教師培育等項目。

丁晨暉，中山大學附屬第一醫院助理研究員。畢業於中國科學院昆明動物研究所，獲博士學位，之後在中國科學院動物研究所生殖與計劃生育國家重點實驗室完成博士後課題，主要研究方向為胚胎早期發育，再程序化，基因編輯等。現工作從事胚胎實驗室工作，擅長胞漿內單精子注射，胚胎活檢，胚胎及卵子冷凍解凍等技術。科學研究獲得國家自然科學基金面上項目和青年項目，廣東省級科技計劃專項等資助，發表高水的論文30餘篇。

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