陳軼翔/編譯

基因編輯技術(shù)何去何從

陳軼翔/編譯

基因組編輯的首要目標(biāo)是人類胚胎

●各種咨詢機(jī)構(gòu)、科技組織和資助機(jī)構(gòu)都十分關(guān)注人類基因組編輯，醫(yī)學(xué)及倫理學(xué)研究者黛布拉·馬修斯（Debra J.H.Mathews）、羅賓·洛弗爾·巴杰（Robin Lovell-Badge）及同行們對(duì)此提出了一些需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

基因編輯工具CRISPR/Cas9的易用、準(zhǔn)確和高效性使其在研究中得到廣泛使用，而且在農(nóng)業(yè)和涉及非生殖細(xì)胞（體細(xì)胞）的基因療法中也有了初步的應(yīng)用。CRISPR/Cas9及相關(guān)技術(shù)也可使用在某些司法領(lǐng)域，應(yīng)用在人類生殖細(xì)胞（精子和卵子）及早期胚胎中。

去年9月，由三十多位科學(xué)家、倫理學(xué)家、決策者、雜志編輯和資助者組成的一個(gè)名為“欣克斯頓小組”的工作團(tuán)隊(duì)，聚集在英國(guó)曼徹斯特，圍繞著人類基因組編輯在發(fā)展初期及生殖細(xì)胞應(yīng)用方面，展開(kāi)了相關(guān)倫理和政策問(wèn)題的討論。在世界其他地方，也已經(jīng)召開(kāi)或正在召開(kāi)類似的會(huì)議。同時(shí)，一些組織機(jī)構(gòu)發(fā)布了相關(guān)的立場(chǎng)聲明。

在此，我們列舉出“欣克斯頓小組”會(huì)議上的一些焦點(diǎn)問(wèn)題，在未來(lái)的國(guó)際會(huì)議上這些問(wèn)題有可能得到更多的關(guān)注。以下觀點(diǎn)是由“欣克斯頓小組”的指導(dǎo)委員會(huì)提出的，不一定代表該組織內(nèi)所有人達(dá)成共識(shí)。

世界各地的咨詢機(jī)構(gòu)在討論人類基因組編輯相關(guān)的倫理和政策影響，此間出現(xiàn)了一些需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，列舉如下：

在涉及人類精子、卵子和胚胎的基礎(chǔ)研究中，是否應(yīng)當(dāng)允許使用基因編輯？

在基因編輯研究中，是否應(yīng)當(dāng)僅允許使用體外受精剩余的胚胎？還是應(yīng)當(dāng)允許培育胚胎專供研究使用？

在考慮將基因編輯應(yīng)用于人類生殖領(lǐng)域之前，需要在安全性和效能方面滿足什么樣的條件？

如果上述安全性和效能方面的條件可以滿足，那么我們又能夠允許什么樣的基因編輯應(yīng)用于人類生殖領(lǐng)域？

建議措施

建立一個(gè)可被國(guó)際廣泛采用的模式化監(jiān)管框架各種團(tuán)體機(jī)構(gòu)，包括我們“欣克斯頓小組”，一致認(rèn)為在基因編輯技術(shù)切實(shí)可行地應(yīng)用于臨床生殖醫(yī)學(xué)之前，有大量技術(shù)性、安全性問(wèn)題需要解決。同時(shí)很多團(tuán)體機(jī)構(gòu)和我們一樣，堅(jiān)定地認(rèn)為涉及基因編輯的基礎(chǔ)研究不應(yīng)當(dāng)停止或受到阻礙。這些研究可能在諸多方面有巨大價(jià)值，包括不涉及基因組編輯的人類生殖應(yīng)用，以及體細(xì)胞療法的開(kāi)發(fā)（參見(jiàn)圖表“基本價(jià)值”）。

然而，國(guó)際科學(xué)界多數(shù)人和生物醫(yī)學(xué)研究的主要贊助者都同意這一點(diǎn)，基因編輯技術(shù)的易用性和可及性使得其很容易被詐騙集團(tuán)利用，尤其是在司法領(lǐng)域管制松散的生育診所里。畢竟，在過(guò)去十年中，有成千上萬(wàn)的醫(yī)療游客不惜花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美金，到國(guó)外去接受未經(jīng)證實(shí)且不受管制的干細(xì)胞療法。

捐贈(zèng)給拉霍亞體外受精診所的胚胎是供美國(guó)干細(xì)胞研究使用的

要解決這一問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)建立一個(gè)模式化監(jiān)管框架，該框架一方面應(yīng)當(dāng)足夠具體，可以應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題；另一方面，則應(yīng)當(dāng)廣泛通用，能夠被不同國(guó)家的監(jiān)管機(jī)構(gòu)所采用。對(duì)于這樣一個(gè)監(jiān)管框架，是有例在先的：由國(guó)際干細(xì)胞研究學(xué)會(huì)發(fā)布的文件，影響著國(guó)際范圍干細(xì)胞研究工作的監(jiān)管。但監(jiān)管框架所提供的指導(dǎo)準(zhǔn)則本身并不能阻止診所進(jìn)行未經(jīng)證實(shí)的治療方案，這屬于當(dāng)?shù)卣穆毮芊秶?。例如《人類受精與胚胎學(xué)法案》以及名為“人類受精和胚胎學(xué)管理局”（HFEA）的監(jiān)管機(jī)構(gòu)，對(duì)于英國(guó)的研究及診所中胚胎和配子的使用，設(shè)定了限制，一方面允許在研究和臨床實(shí)踐中使用，一方面對(duì)于那些越界的人則予以懲罰；兩者之間應(yīng)當(dāng)有明確的界限。公眾必須了解哪些是合法的，哪些是違法的，當(dāng)然這需要他們同管理機(jī)構(gòu)、科學(xué)家和臨床醫(yī)師加強(qiáng)溝通。

為基礎(chǔ)研究制訂路線圖關(guān)于人類基因組編輯，雖然公眾討論的焦點(diǎn)問(wèn)題一直是潛在的臨床應(yīng)用，但最直接、而且最激動(dòng)人心的應(yīng)用卻是基礎(chǔ)研究。咨詢、監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)為涉及人類細(xì)胞，包括種系的基因組編輯研究設(shè)置優(yōu)先權(quán)。這應(yīng)當(dāng)包括游說(shuō)世界各地的背景各異的科學(xué)家們，他們可能分屬于下述各個(gè)不同領(lǐng)域的專家：基因編輯技術(shù)，基因組學(xué)和人類遺傳變異，突變類型、頻率及其對(duì)身體和其他特征的影響，基因表達(dá)與調(diào)控，表觀遺傳學(xué)，人類胚胎和生殖生物學(xué)及臨床遺傳學(xué)。

在基礎(chǔ)研究中，特別是任何與人類生殖應(yīng)用相關(guān)的領(lǐng)域中，有兩個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題需要解決。

一個(gè)問(wèn)題是脫靶效應(yīng)。基于計(jì)算機(jī)的體外實(shí)驗(yàn)將需要用來(lái)評(píng)估靶位點(diǎn)之外引入變化的可能性以及由此產(chǎn)生的后果。若要將此種突變同自然突變（如細(xì)胞分裂或環(huán)境損害之后的不完善DNA修復(fù)）區(qū)分開(kāi)來(lái)，也需要利用上述基于計(jì)算機(jī)的體外實(shí)驗(yàn)。

如果把基因組編輯應(yīng)用于培養(yǎng)基中生長(zhǎng)良好的細(xì)胞，如產(chǎn)生精子的精原干細(xì)胞，那么一個(gè)編輯的細(xì)胞則可以產(chǎn)生數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的其他細(xì)胞。通過(guò)對(duì)這些細(xì)胞的細(xì)胞亞群基因組進(jìn)行測(cè)序，研究者可以獲得脫靶效應(yīng)的清晰指征。若只有一個(gè)或幾個(gè)細(xì)胞是可用的，例如自早期胚胎起即被活檢的細(xì)胞，那么上述分析則不夠可靠。在這種情況下，一個(gè)可行的辦法是從這些細(xì)胞中建立多能細(xì)胞系，由此將面臨一個(gè)關(guān)鍵性的挑戰(zhàn)：將脫靶效應(yīng)從大量自然序列變異中區(qū)分出來(lái)，這些自然序列變異存在于個(gè)體細(xì)胞之間和細(xì)胞系之間。

最近對(duì)小鼠和人類細(xì)胞系的實(shí)驗(yàn)表明，與發(fā)生在每一代的自發(fā)性突變的數(shù)量相比，脫靶效應(yīng)是無(wú)關(guān)緊要的。不過(guò)，突變發(fā)生的位置比突變的數(shù)量更加重要。與本質(zhì)上隨機(jī)的自發(fā)性突變不同，脫靶效應(yīng)有可能受到核糖核酸（RNA）分子的影響，RNA分子可用來(lái)將具切割性的核酸酶引領(lǐng)到基因組的恰當(dāng)位置。而且到目前為止，大多數(shù)基因組編輯研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象都是基因同質(zhì)種群，如近交系小鼠。究竟遺傳背景的變異對(duì)基因組編輯的效率和準(zhǔn)確性有何作用，對(duì)研究者區(qū)分脫靶效應(yīng)與背景變異的能力又有何影響，我們?nèi)灾跎佟?/p>

另一個(gè)問(wèn)題是鑲嵌現(xiàn)象。如果把基因編輯技術(shù)應(yīng)用于多細(xì)胞胚胎，可能只有部分細(xì)胞會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致出現(xiàn)已編輯和未編輯細(xì)胞的遺傳嵌合體。即使把基因編輯技術(shù)應(yīng)用于一個(gè)單細(xì)胞胚胎，核酸酶可能不會(huì)切割靶基因的兩個(gè)副本，或者在變化完成之前細(xì)胞可能已經(jīng)開(kāi)始分裂。對(duì)于基因組編輯的不同應(yīng)用可能會(huì)出現(xiàn)何種級(jí)別的鑲嵌現(xiàn)象？對(duì)此應(yīng)該如何度量？鑲嵌現(xiàn)象可能產(chǎn)生什么影響？找到這些問(wèn)題的答案十分重要。

對(duì)于一些研究而言，如追蹤細(xì)胞命運(yùn)，鑲嵌現(xiàn)象可能并不重要。（一些原樣狀態(tài)細(xì)胞只要攜帶了標(biāo)記基因，如綠色熒光蛋白基因，研究者就能夠識(shí)別這些細(xì)胞的未來(lái)變化。）對(duì)于其他研究而言，鑲嵌現(xiàn)象可能意味著更多的問(wèn)題。例如，如果研究目標(biāo)是要確定一個(gè)基因的作用，該基因的表達(dá)產(chǎn)物是分泌型的，而分泌產(chǎn)物的總量對(duì)于基因功能來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵性的，那么未編輯細(xì)胞所占比例將對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生重大影響。

基本價(jià)值

人類精子，卵子和胚胎中基因編輯的使用能夠?yàn)橐恍┗A(chǔ)研究領(lǐng)域提供有價(jià)值的見(jiàn)解

研究可能的應(yīng)用在人類早期胚胎中，細(xì)胞類型的界定；其中所涉及基因的性質(zhì)和重要性體外受精中，胚胎培養(yǎng)技術(shù)的改進(jìn)，胚胎移植成功率的提高，流產(chǎn)率的降低了解存在于人類早期胚胎中，代表細(xì)胞譜系的干細(xì)胞株的生物學(xué)及遺傳學(xué)特征，包括非胚性細(xì)胞，如那些將形成胎盤(pán)的細(xì)胞對(duì)于干細(xì)胞株的研究能力的提高，防止流產(chǎn)，篩選出有療效的藥物，減少研究所需胚胎的數(shù)量在人類生殖細(xì)胞發(fā)育中（包括精子和卵子的分化），特定基因的作用人類生育能力的增強(qiáng)，新型避孕藥物的研發(fā)基因組編輯技術(shù)在早期胚胎和生殖細(xì)胞系中，基因組編輯技術(shù)效率的提高，及多功能性的研發(fā)。減少在試驗(yàn)中所需用胚胎的數(shù)量

爭(zhēng)取讓社會(huì)各界人士積極參與討論基因組編輯的研究工作，以及研究中對(duì)于人類胚胎的使用盡管在國(guó)際上，人類胚胎、精子及卵細(xì)胞被廣泛地應(yīng)用于各類研究中，包括體外受精及胚胎干細(xì)胞的研究，有人仍然認(rèn)為其在基因組編輯研究中的使用應(yīng)當(dāng)被獨(dú)立看待。重要的是，若要避免鑲嵌現(xiàn)象，體外受精所遺留的胚胎不太可能是一個(gè)好的模型，因?yàn)樗鼈儼艘粋€(gè)以上的細(xì)胞；在它們達(dá)到或超出8細(xì)胞發(fā)展階段之前，它們通常是不用于研究的。另外，大多數(shù)胎兒是由一個(gè)或幾個(gè)早期細(xì)胞發(fā)育而來(lái)，而建立者效應(yīng)會(huì)使得對(duì)鑲嵌現(xiàn)象的功能性結(jié)果的預(yù)測(cè)變得復(fù)雜。細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)可能會(huì)產(chǎn)生類似的效應(yīng)。例如，早期分析表明，一個(gè)胚胎中即使有80%的細(xì)胞被操縱，哪怕這些細(xì)胞在分裂率和存活率方面只是略有不同，最終的胎兒被證明包含的編輯細(xì)胞所占比例，同未編輯細(xì)胞相比要小得多。

減少鑲嵌現(xiàn)象的效應(yīng)需要引入基因組編輯工具——核酸酶和向?qū)NA——在受精之后，或者就在受精發(fā)生的時(shí)候。如果是這樣，那么涉及編輯人類生殖細(xì)胞系的工作最終可能僅限于那些法律上允許培養(yǎng)胚胎以專供研究的國(guó)家。依據(jù)現(xiàn)行法律，研究?jī)H限于以下8個(gè)國(guó)家：比利時(shí)、中國(guó)、以色列、日本、新加坡、韓國(guó)、英國(guó)和美國(guó)。而且在美國(guó)，上述研究工作只能使用非聯(lián)邦基金。

如果事實(shí)證明，人類基因組編輯的主要價(jià)值利益來(lái)自于基礎(chǔ)研究，包括自身不涉及基因組編輯的應(yīng)用。例如，如何改善生育能力或減少流產(chǎn)率，那么由于國(guó)家法律對(duì)相關(guān)研究工作的限制，可能導(dǎo)致人們無(wú)法獲得這種利益。

設(shè)計(jì)工具及方法，使得人們可以進(jìn)行包容性的、有意義的思考英國(guó)納菲爾德生命倫理學(xué)理事會(huì)以及美國(guó)和其他國(guó)家的國(guó)家研究院等機(jī)構(gòu)已具備條件，可發(fā)揮帶頭作用，以努力確保關(guān)于基礎(chǔ)研究中人類胚胎使用問(wèn)題的辯論在地理區(qū)域上與涉及人口上具有包容性，同時(shí)確保政府決策者了解該辯論情況。這對(duì)于一個(gè)更加棘手的問(wèn)題而言也是至關(guān)重要的——假設(shè)能夠確保足夠的安全性和有效性，究竟什么樣的臨床應(yīng)用是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

“欣克斯頓小組”的成員一致認(rèn)為涉及基因組編輯的基礎(chǔ)研究，包括人類精子、卵子和胚胎，具有重大價(jià)值，但是他們也會(huì)因?yàn)橛懻摶蚓庉嬙谏撤矫娴膽?yīng)用而被指控。實(shí)際上，如果沒(méi)有一個(gè)特定情況的背景及客觀事實(shí)，對(duì)于編輯人類生殖細(xì)胞系的可能的正當(dāng)合理應(yīng)用方面，我們發(fā)覺(jué)很難達(dá)成一致?！靶揽怂诡D小組”考慮了一系列的干預(yù)措施：校正可能致命的突變（例如突變導(dǎo)致泰薩克斯病，囊性纖維化和亨廷頓氏舞蹈癥），引入預(yù)防性變更（敲除CCR5基因，以抵抗艾滋病毒感染）及非醫(yī)療強(qiáng)化（如增強(qiáng)肌肉質(zhì)量）。在所列舉的可能的臨床應(yīng)用清單中，關(guān)于各項(xiàng)的優(yōu)缺點(diǎn)方面，我們甚至最終也無(wú)法達(dá)成一致意見(jiàn)。一些人擔(dān)心，列舉這樣一份清單可能會(huì)被視為對(duì)上述干預(yù)措施的默許。

幾十年來(lái)，人們一直在爭(zhēng)論這些問(wèn)題：人類生殖細(xì)胞系修改的利與弊；如何區(qū)分醫(yī)學(xué)治療與強(qiáng)化；對(duì)于孩子的生命，父母擁有何種權(quán)力……然而，如何能用多元化視角來(lái)規(guī)范調(diào)整頗具道德?tīng)?zhēng)議的新興科技領(lǐng)域，很難找到可行的模式。

美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院于2009年發(fā)布了胚胎干細(xì)胞研究準(zhǔn)則草案，之后有將近5萬(wàn)人提交了評(píng)論意見(jiàn)。這些人當(dāng)中有很多都是非科學(xué)人士，其中有1萬(wàn)6千人基于道德考慮反對(duì)胚胎干細(xì)胞研究。當(dāng)看到自己的反對(duì)意見(jiàn)并未能阻止最終準(zhǔn)則的頒布，干細(xì)胞研究的反對(duì)者向法院提起了訴訟，長(zhǎng)達(dá)4年的訴訟帶來(lái)的是胚胎干細(xì)胞研究領(lǐng)域的不確定性。

最近，人類受精和胚胎學(xué)管理局開(kāi)展了一項(xiàng)公眾參與的項(xiàng)目，以研討會(huì)、分組座談會(huì)和網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的方式，對(duì)線粒體替代療法（MRT：將卵子或胚胎中攜帶缺陷的線粒體DNA移除，然后將取自于無(wú)線粒體疾病女性體內(nèi)的DNA移植過(guò)來(lái)）的臨床應(yīng)用相關(guān)的一系列問(wèn)題，廣泛征求意見(jiàn)（英國(guó)政府已于2015年2月份批準(zhǔn)了MRT）。這個(gè)公眾參與的討論項(xiàng)目很大程度上實(shí)現(xiàn)了它的目標(biāo)，為日后類似的活動(dòng)樹(shù)立了良好的榜樣。有的人認(rèn)為上述兩個(gè)由公眾參與的事例是成功的，但并無(wú)由因及果的演繹性措施能夠證明究竟這種成功意味著什么。

對(duì)于不同模式的公眾參與的系統(tǒng)研究需要得到確認(rèn)。例如，明確各派立場(chǎng)以及普遍社會(huì)態(tài)度的最佳方法。同樣的，關(guān)于公眾意見(jiàn)如何左右政府決策方面的調(diào)查也需要得到確認(rèn)。

基因組編輯技術(shù)的發(fā)展意味著，基于顯而易見(jiàn)的安全隱患，我們已無(wú)法繼續(xù)回避長(zhǎng)期存在的倫理問(wèn)題。繼續(xù)辯論仍然是至關(guān)重要的。究竟我們想要生活在一個(gè)什么樣的世界里，要實(shí)現(xiàn)這一愿景應(yīng)該制定什么樣的政策，是時(shí)候該集體做出決定了。說(shuō)道，沃森系統(tǒng)的使用必須是透明的，這樣更容易對(duì)其推斷過(guò)程進(jìn)行評(píng)判。但塞德曼告誡道，沃森還沒(méi)有完全準(zhǔn)備就緒?！白鳛檫@一技術(shù)的開(kāi)發(fā)者之一，我清醒地看到這一點(diǎn)。”他說(shuō)。特別是，沃森的自然語(yǔ)言處理能力仍在開(kāi)發(fā)之中，現(xiàn)在我們還不能直接與電腦對(duì)話，臨床醫(yī)生必須手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)。

[資料來(lái)源：Nature][責(zé)任編輯：彥隱]

癌癥研究面臨的主要挑戰(zhàn)之一是如何為患者匹配作用于罕見(jiàn)突變的靶向藥物，因?yàn)榕R床試驗(yàn)很難招募到足夠供研究分析的病人，但有些醫(yī)院已找到了解決辦法。

2014年，佛羅里達(dá)州坦帕市的莫菲特癌癥中心創(chuàng)辦了由九個(gè)癌癥研究中心組成的腫瘤學(xué)研究信息交換網(wǎng)（ORIEN）。該網(wǎng)絡(luò)對(duì)患者們提交的臨床數(shù)據(jù)和組織樣本進(jìn)行分析，患者們也同意對(duì)他們終身隨訪，或被招募到適合他們基因組成的新的試驗(yàn)項(xiàng)目中?！斑@是一種更積極的做研究的方法。”O(jiān)RIEN的創(chuàng)始董事比爾·道爾頓（Bill Dalton）說(shuō)道。

2003年莫菲特制定了稱為“癌癥治療總則”的協(xié)議，2006年創(chuàng)辦了針對(duì)患者組織樣本分析和存儲(chǔ)的M2Gen公司。目前協(xié)議范圍已覆蓋全美國(guó)，注冊(cè)者達(dá)13萬(wàn)人。其成員可分享臨床和相關(guān)分子數(shù)據(jù)，在一些研究問(wèn)題上可以更好地展開(kāi)合作。

然而，從大數(shù)據(jù)中獲取臨床見(jiàn)解，并用來(lái)指導(dǎo)治療的代價(jià)可不低。例如，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)對(duì)一個(gè)實(shí)體瘤的基因測(cè)序和數(shù)據(jù)解釋的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)近6 000美元，血癌的檢測(cè)則超過(guò)7 000美元。

而新開(kāi)發(fā)腫瘤藥物的價(jià)格比這更高昂，患者每年的治療費(fèi)用將超過(guò)10萬(wàn)美元。2015年7月，美國(guó)醫(yī)療保險(xiǎn)為每位患者支付由美國(guó)安迪公司生產(chǎn)的一種白血病治療藥物使用費(fèi)用達(dá)17.8萬(wàn)美元。而理想的情況是：花費(fèi)了這樣大筆費(fèi)用的患者可以從個(gè)性化治療中獲益。

未來(lái)十年里，美國(guó)醫(yī)療保險(xiǎn)和一些醫(yī)療機(jī)構(gòu)在醫(yī)療費(fèi)用上的支出將超出13萬(wàn)億美元（大多數(shù)用于癌癥治療），而這些醫(yī)療機(jī)構(gòu)在將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于醫(yī)療實(shí)踐的過(guò)程中起到關(guān)鍵的作用。與數(shù)據(jù)模型和成本相關(guān)的一些問(wèn)題必將涉及醫(yī)學(xué)科學(xué)的所有領(lǐng)域。“而對(duì)這一切起著最大推動(dòng)作用的則是癌癥研究與治療。”伊瑟雷吉說(shuō)道。

[資料來(lái)源：Nature][責(zé)任編輯：遙醒]