基因編輯嬰兒：已經出了什麼問題以及可能會出什麼問題

來源丨BioArt（ID：BioGossip）

編譯 | TourBright

編者按

近日，中國科學院動物研究所王皓毅研究員、中國科學院神經科學研究所楊輝研究員聯合在Plos Biology雜誌上發表文章Gene-edited babies: What went wrong and what could go wrong從「實驗」合理性、數據可靠性、倫理問題等方面，詳細並且理性探討了「基因編輯嬰兒」背後的問題。果殼轉載了BioArt 對這篇文章的全文整理，以供讀者閱讀和思考。

第二屆人類基因編輯世界峰會期間，賀建奎報告稱基因編輯嬰兒已經出生，在兩名新生女嬰體內，他人為突變了人的C-C型趨化因子受體 CCR5。這種極不負責的行為違反了全球科學家的倫理共識。他的報告反映出的問題令人不安，這種不安不僅來自其缺乏基本的醫學倫理，甚至也來自其缺乏對於遺傳學和基因編輯必要的理解。本文中，我們根據他展示的數據，綜述了他實驗的原理和方案，並對這種不當行為提出了我們的科學評判。

2018年11月25日，南方科技大學副教授賀建奎宣稱，2名C-C型趨化因子受體CCR5基因經過編輯的嬰兒已在中國出生。他聲稱，這種基因修飾可以保護嬰兒免受人類免疫缺陷病毒（HIV）的感染。11月28日，他在人類基因編輯世界峰會上展示了這一項目的實驗數據。雖然實驗的詳實數據還沒有公布，這一聲明的真實性也有待查明，但是他在峰會上展示的實驗方案和數據暴露出了其在科學和倫理上的胡作非為。作為中國基因編輯領域的研究者，我們被這一消息徹底震驚了。顯然，賀建奎秘密進行了這一項目。據我們所知，賀建奎還沒有在基因編輯領域發表過有價值的科學論文，他在中國的基因編輯科研圈也並不活躍。我們被這一極不負責的行為激怒了，這種行為明顯違反了中國和世界各國的基本倫理和醫學倫理。我們認為，對這一事件的責任審查和討論需要很好地理解科學事實，因此，我們先假定賀建奎展示的數據是真實的，然後我們集中探討了這一行為在科學方面的缺陷。

首先，我們想先評價他這種操作整體上的合理性。2名新生兒的父親是HIV攜帶者，而他們的母親不攜帶這一病毒，賀建奎聲稱編輯了CCR5基因可以保護嬰兒免受HIV感染。但是，在胚胎上編輯基因以阻止HIV傳播給胎兒是完全沒有必要的。目前，運用成熟的輔助生殖技術使一名HIV陽性的父親擁有健康的寶寶是可以實現的，而且成功率極高。至於考慮到未來免受HIV感染，對於大多數人來說，只需要簡單地規避HIV暴露的風險就足夠了。因此，對早期胚胎進行編輯並沒有給寶寶們帶來好處，反而在多個方面造成潛在的嚴重風險，我們將在下文中進行討論。

CCR5基因編碼一種白細胞上的受體，HIV-1病毒利用這種受體和另一受體來感染人類細胞。一種自然出現的CCR5Δ32等位基因存在於一些歐洲人群中。雖然雜合和純合的個體感染HIV後病程進展緩慢或對HIV感染耐受，但是即使純合CCR5Δ32個體仍然可以被部分HIV毒株感染。攜帶CCR5Δ32等位基因的個體通常是健康的，然而這一等位基因在非歐種群中存在的比例非常低，在中國人群中至今沒有鑒定到其純合突變。因此，我們難以預估將CCR5Δ32等位基因或其它CCR5突變引入中國人的遺傳背景中的風險。雖然賀建奎聲稱會有一個長期的健康跟蹤隨訪計劃。但是，我們不知道誰會贊助這一計劃，我們也不知道假如發生了醫學事故誰將為這一事件買單。

接下來，我們將審視他的數據。他首先展示了Ccr5敲除小鼠中的數據以評價「在胚胎期用CRISPR/Cas9基因編輯技術敲除CCR5是否會引起不可預料的遺傳、生理或行為後果？」（所有標明的引用內容都是直接引自賀建奎報告的幻燈片）。這很荒謬。在小鼠上用不定量的方法簡單地比較一下四種組織的染色切片、做兩個簡單的行為學測試並不能回答上述問題。這種科學的質量非常糟糕和膚淺。例如，從新目標調查行為測試（the novel object investigation behavior test）中收集的數據顯示，雖然統計學P值大於0.05，但是野生小鼠和Ccr5敲除小鼠之間存在差異。在宣稱Ccr5敲除不會造成任何行為學表型之前，用更大的樣本量來做進一步調查是必需的。簡單地做下文獻調研就可以發現CCR5作為一個趨化因子受體具有正常的免疫學功能，CCR5敲除小鼠會造成自然殺傷細胞（NK）相關的表型，從而更易感染多種病毒。

其次，他設計了多條單一嚮導RNA（sgRNA）並檢測了它們在人類細胞系和猴子胚胎中的效果。這些是進行基因編輯實驗非常常規的流程。當把成簇規律間隔短迴文重複系統（CRISPR）及其相關蛋白9（Cas9）的成分導入細胞後，在靶基因座位上將會產生一個DNA雙鏈斷裂。非同源末端連接修復過程（NHEJ）或同源直接修復（HDR）都可能參與這一DNA雙鏈斷裂的修復。NHEJ修復常常引起小的插入或刪除（indel），而HDR則會在靶位點產生完美的修復或精確的修飾。賀建奎的報告只展示了通過NHEJ修復插入刪除突變（indel）的頻率的特點，沒有展示通過HDR修復引入CCR5Δ32等位基因的實驗設計；這說明賀建奎沒有意圖引入CCR5Δ32等位基因。據我們所知，除了CCR5Δ32等位基因，CCR5插入刪除突變（indel）的等位基因在人類種群中存在的頻率並不高。之前的研究表明，在CCR5缺失的個體中導入表達穩定的截短體CCR5Δ32蛋白同樣導致HIV耐受的表型。因此，在考慮潛在的益處和風險時，其它CCR5缺失的等位基因不能簡單地等同於CCR5Δ32等位基因。此外，表達框內插入刪除突變可能潛在地產生功能獲得的突變，而這種風險甚至更難以預測。

賀建奎嘗試優化猴子受精卵顯微注射的流程，並通過測序評價基因編輯的效果以及嵌合體的水平。由於他的數據還沒有作為研究性論文發表在任何一個平台上，他在幻燈片中展示的信息尚不夠用作仔細審查。不過，我們可以從他的展示中發現，儘管做了多種嘗試，猴子胚胎實驗中嵌合體仍然是一個問題。

賀建奎接下來把猴子顯微注射的流程搬到人胚胎上。就像賀建奎的數據和之前的研究發現的那樣，在細胞分裂中期注射胚胎、使用Cas9蛋白而不是Cas9 mRNA可能會減少嵌合體的發生但仍然不能避免。此外，這種策略只在NHEJ介導的基因敲除上起作用，而在HDR介導的精準基因修復上無效。雖然許多增加細胞系中HDR的策略已經被報道，但是他們能否在人類胚胎中應用仍然沒有答案。米塔利波夫（Mitalipov）組的工作發現母源等位基因可以作為基因修復的模板糾正致病突變，但是其他研究組強調Cas9可能引起大範圍的刪除或重排，在用PCR進行基因鑒定時造成假陽性結果。這些科學上的爭論顯示：我們對於DNA修復的機制以及人類早期胚胎基因編輯的後果還沒有完全理解。賀建奎可能低估了嵌合體的發生率以及引入有害遺傳修飾的風險。

為了評價脫靶編輯造成的突變，賀建奎用基因編輯的人胚胎建立了一株人胚胎幹細胞系（hESC）。而這一點又一次暴露了他科學素養上的不達標。從一個基因編輯的人胚胎中僅僅建立一株hESC，然後用它做全基因組測序檢測潛在的脫靶突變。在hESC建立和擴增的過程中，許多遺傳修飾將會出現。因此，為了鑒定基因編輯造成的真實的脫靶突變，需要從基因編輯和未編輯的胚胎中建立多株hESC細胞系，並用深度測序和進一步的生物信息學分析來描繪它的特點。

他進一步聲稱他做了所謂的單細胞全基因組測序（WGS）。他從19例基因編輯的人囊胚中取得移植前的遺傳檢測樣本，通過WGS來評價其中的在靶和脫靶基因編輯事件，然後選擇出用於移植的胚胎。19例胚胎中的12例包含野生等位基因，表明在這些胚胎中CCR5基因沒有被完全編輯。重要的是，目前還沒有成熟可靠的單細胞WGS技術用來評價脫靶突變。在全基因組擴增的過程中，把基因組的單拷貝擴增到足夠的量用於WGS也會引入許多人為突變。此外，我們擔心的是嵌合體的問題，而移植前基因檢測並不能解決這一問題，因為我們不可能在一個胚胎中把所有細胞測一遍。這意味著即使我們檢測的細胞是正確編輯的，胚胎的其它細胞中是否未被編輯或攜帶不需要的突變，仍然存在無法忽略的風險、造成不可預知的後果。綜上，賀建奎的結論並不可靠。

除了潛在的脫靶效應，有報道顯示CRISPR-Cas9產生的DNA雙鏈斷裂可能也會造成在靶的突變。這些突變包括插入、缺失、轉位和重排，也包括大的染色體的缺失、染色體截短和同源間修復時基因的純合化。目前尚沒有哪一種方法可以檢測所有這類脫靶突變，特別是當它們的發生頻率非常低時。

這兩名女嬰出生後，賀建奎組從她們的臍帶血、臍帶和胎盤中收集DNA，進行全基因組測序用以證實CCR5基因編輯成功。WGS結果顯示只有兩種不同的CCR5等位基因存在於這些樣品中，每一種佔了大約一半的測序結果。對於露露，一個等位基因是野生型的，另一個等位基因存在15bp的框內缺失。對於娜娜，CCR5靶基因區域的測序結果都是這兩個CCR5突變的等位基因，這非常令人驚訝，竟然沒有任何含野生型CCR5等位基因的母親組織污染娜娜的測序樣本。或許，由於缺乏樣品收集和數據分析的詳情，我們不能得出有力的結論。我們強烈建議權威機構對所有原始數據組織一次徹底的審查，把事實向科學界和公眾公開。

最後，根據目前獲得的信息，我們相信沒有充分的科學緣由需要對人類生殖細胞進行這類基因編輯，賀建奎及其研究組的行為嚴重違反了中國的倫理道德和世界科學界的共識。無論是在科學上還是在倫理上，我們都強烈譴責他們的作法。我們強烈呼籲國際科學界和監管部門儘快啟動綜合討論，建立以生殖為目的的人類生殖細胞基因編輯的準則和標準。達成共識後，還要頒布生效明晰、嚴格的法律並使之在世界範圍內強制執行。然而，我們同樣認為有必要開發、改進在體外試驗中能應用於包括早期胚胎、精子、卵子等的精準遺傳修飾技術。只有當達成共識並建立起一個監管框架後，這些改進的技術才有可能對遺傳病提供解決方案。

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000224

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