自2015年以來(lái)，科學(xué)家們一直在警告不要使用CRISPR-Cas9技術(shù)修改生殖細(xì)胞基因組。當(dāng)年在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇觀點(diǎn)認(rèn)為，盡管用于治療疾病的應(yīng)用看似無(wú)可厚非，但卻可能使人類基因工程沿著“一條不可預(yù)測(cè)的坡道”向生殖細(xì)胞基因修改方向發(fā)展，帶來(lái)無(wú)法預(yù)測(cè)的后果。

然而，這一對(duì)于編輯生殖細(xì)胞的警告被中國(guó)科學(xué)家賀建奎博士忽略了。當(dāng)時(shí)，他進(jìn)行了“CRISPR嬰兒”實(shí)驗(yàn)，引起了科學(xué)界的震驚和反感。中國(guó)政府隨即展開調(diào)查，最終賀建奎被深圳南方科技大學(xué)解雇，還面臨巨額罰款、三年監(jiān)禁以及對(duì)生殖技術(shù)研究的禁令。

盡管“CRISPR嬰兒”事件導(dǎo)致了明確的專業(yè)和法律結(jié)果，但科學(xué)結(jié)果，更別提個(gè)體健康后果，仍然不明確。然而，在歐洲人類生殖與胚胎學(xué)會(huì)（ESHRE）第39屆年會(huì)上，牛津大學(xué)的Nada Kubikova博士在一次報(bào)告中透露，早期人類胚胎的細(xì)胞通常無(wú)法修復(fù)其DNA的損傷。

在她的報(bào)告中，題為“CRISPR-Cas9揭示的人類囊胚DNA雙鏈斷裂修復(fù)不足”，Kubikova表示，胚胎中的DNA修復(fù)不足具有重要的含義?！?a target="_blank" href="http://www.fqxs.cn/tag/%e5%9f%ba%e5%9b%a0%e7%bc%96%e8%be%91" title="View all posts in 基因編輯">基因編輯有潛力糾正有缺陷的基因，這通常涉及首先打破，然后修復(fù)DNA鏈的過程，”Kubikova說(shuō)道。“我們的新發(fā)現(xiàn)警告稱，常用的基因編輯技術(shù)如果應(yīng)用于人類胚胎，可能會(huì)帶來(lái)意想不到的潛在危險(xiǎn)。”

她描述了她如何評(píng)估基因編輯工具CRISPR-Cas9，以在早期胚胎細(xì)胞中剪切和替換DNA的部分。

“我們的研究結(jié)果表明，在早期人類胚胎中使用CRISPR-Cas9存在顯著風(fēng)險(xiǎn)，”她說(shuō)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)胚胎細(xì)胞的DNA可以被高效地定位，但不幸的是，這很少導(dǎo)致糾正缺陷基因所需的改變。更常見的情況是，DNA鏈會(huì)永久性地?cái)嗔?，這可能導(dǎo)致胚胎中的額外遺傳異常?！?/p>

基因編輯已經(jīng)開始在患有基因突變引起的疾病的兒童和成年人中使用，例如囊性纖維化、癌癥和鐮刀細(xì)胞病。如果基因編輯可以在胚胎植入子宮之前進(jìn)行，那么可以避免許多遺傳性疾病，因?yàn)檫@是CRISPR-Cas9技術(shù)能夠確保到達(dá)胚胎每個(gè)細(xì)胞的唯一發(fā)育階段。然而，由于它有可能在人類基因組中引起代際傳遞的變化，并且由于其安全性存在不確定性，大多數(shù)國(guó)家目前禁止在胚胎中使用這項(xiàng)技術(shù)。

“我們的知識(shí)仍然存在顯著的空白，”Kubikova指出?！拔覀兿朐u(píng)估CRISPR-Cas9是否可以成為糾正人類胚胎基因錯(cuò)誤的有效方法，并探討這種方法是否安全。”

在一項(xiàng)經(jīng)倫理審查批準(zhǔn)的研究中，Kubikova及其同事利用體外受精的方式，使用體外注射精子的方法創(chuàng)建了84個(gè)胚胎。在其中33個(gè)胚胎中，他們使用CRISPR-Cas9在構(gòu)成DNA分子的兩條鏈上制造斷裂。

“我們使用CRISPR來(lái)定位不含任何基因的DNA區(qū)域，”Kubikova指出?！斑@是因?yàn)槲覀兿肓私釩RISPR如何影響胚胎細(xì)胞和它們的DNA，而不受破壞特定基因引起的變化的干擾?！?/p>

其余51個(gè)胚胎被作為對(duì)照組保留。

“身體的所有細(xì)胞都具有高效的機(jī)制來(lái)修復(fù)影響它們的DNA的損傷，”Kubikova繼續(xù)說(shuō)道?！霸诖蠖鄶?shù)情況下，斷裂的DNA鏈末端會(huì)迅速重新連接。這是非常重要的，因?yàn)槲葱迯?fù)的DNA損傷會(huì)阻止細(xì)胞正常工作，并可能致命。細(xì)胞修復(fù)DNA的最常見方式是通過重新連接DNA鏈末端，盡管在這種情況下，會(huì)在鏈重新連接的位置刪除或復(fù)制一些遺傳密碼的字母。這可能會(huì)破壞基因并且無(wú)法糾正突變。這被稱為非同源末端連接。

“細(xì)胞修復(fù)DNA斷裂的另一種方式是使用受影響區(qū)域的完整拷貝作為模板，復(fù)制它，并在這個(gè)過程中替換損壞的區(qū)域?？梢韵蚣?xì)胞提供含有略微改變的DNA序列的DNA片段，比如具有正常序列而不是突變的序列。細(xì)胞在修復(fù)CRISPR引起的斷裂時(shí)可能使用這些模板，同時(shí)去除損壞的DNA片段并復(fù)制所提供序列的其余部分。這被稱為同源定向修復(fù)，這是糾正突變所需的過程?！?/p>

研究人員在25個(gè)胚胎中檢測(cè)到目標(biāo)DNA位點(diǎn)的改變，表明CRISPR在人類胚胎細(xì)胞中非常高效。然而，只有9%的目標(biāo)位點(diǎn)使用臨床上有用的同源定向修復(fù)進(jìn)行了修復(fù)，而51%的斷裂的DNA鏈經(jīng)歷了非同源末端連接，導(dǎo)致鏈重新連接的位置產(chǎn)生突變。剩下的40%斷裂的DNA鏈未被修復(fù)。未修復(fù)的DNA鏈斷裂最終導(dǎo)致染色體的大片段丟失或復(fù)制，從斷裂處一直延伸到染色體的末端。這種類型的異常影響胚胎的存活能力，如果受影響的胚胎被移植到子宮并產(chǎn)生嬰兒，他們將攜帶嚴(yán)重先天性畸形的風(fēng)險(xiǎn)。

“我們的研究表明，同源定向修復(fù)在早期人類胚胎中并不常見，在生命的最初幾天，人類胚胎的細(xì)胞在修復(fù)斷裂的DNA鏈方面存在困難，”Kubikova強(qiáng)調(diào)。“CRISPR-Cas9在定位DNA位點(diǎn)方面非常高效。然而，大多數(shù)細(xì)胞使用非同源末端連接來(lái)修復(fù)CRISPR引起的DNA斷裂，這是一種引入額外突變而不是糾正已有突變的過程。這將是在試圖使用CRISPR-Cas9糾正人類胚胎中的遺傳性疾病時(shí)的一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樗砻鞔蠖鄶?shù)嘗試時(shí)都不會(huì)成功。

“雖然研究結(jié)果警告不要在人類胚胎中使用基因編輯，但也有一些積極的發(fā)現(xiàn)，表明通過修改基因編輯的方式可以降低風(fēng)險(xiǎn)，并提高成功刪除突變的能力。這為技術(shù)的未來(lái)改進(jìn)提供了希望。

“平均而言，通過體外受精創(chuàng)造的胚胎只有大約四分之一能夠成功產(chǎn)生嬰兒。其中一半在移植到子宮之前就在實(shí)驗(yàn)室停止了發(fā)育。這項(xiàng)研究揭示的胚胎無(wú)法高效修復(fù)DNA損傷的情況可能解釋了一些體外受精胚胎發(fā)育失敗的原因。這一理解可能會(huì)促使改進(jìn)體外受精治療?！?/p>

現(xiàn)在，研究人員將尋找保護(hù)早期胚胎免受DNA損傷的新方法，這可能導(dǎo)致生育治療的潛在改進(jìn)。他們還計(jì)劃探索更溫和的基因編輯方法，避免DNA鏈的斷裂，這樣胚胎可能更容易適應(yīng)。

“未來(lái)，這樣的方法可能為消除困擾家族幾代人的突變、防止遺傳災(zāi)難性疾病的遺傳提供可能性，”Kubikova總結(jié)道。

這項(xiàng)研究得到了布魯塞爾自由大學(xué)遺傳與胚胎學(xué)教授兼ESHRE主席Karen Sermon博士的評(píng)論。“Kubikova博士及其同事進(jìn)行的這項(xiàng)研究非常出色，”Sermon表示?！八鼜?qiáng)調(diào)了在嘗試編輯人類胚胎之前，基因編輯需要經(jīng)過徹底的研究和理解的重要性。

“我認(rèn)為在未來(lái)的某個(gè)時(shí)候，基因編輯可能會(huì)成為防止嬰兒患有嚴(yán)重遺傳疾病的有限情況下的有用工具。然而，這項(xiàng)研究展示了它可能出錯(cuò)的一種方式。在我們能夠確信我們真正了解如何在沒有任何不必要和意外驚喜的情況下成功使用它之前，還需要一些時(shí)間。這將需要嚴(yán)格的監(jiān)管。與此同時(shí)，像這樣的謹(jǐn)慎研究使我們離成功使用它更近了一步，它也可能有助于理解如何改進(jìn)生育治療?！?/p>

編輯：王洪

排版：李麗