基因编辑婴儿：已经出了什么问题以及可能会出什么问题

来源丨BioArt（ID：BioGossip）

编译 | TourBright

编者按

近日，中国科学院动物研究所王皓毅研究员、中国科学院神经科学研究所杨辉研究员联合在 Plos Biology 杂志上发表文章 Gene-edited babies: What went wrong and what could go wrong 从“实验”合理性、数据可靠性、伦理问题等方面，详细并且理性探讨了“基因编辑婴儿”背后的问题。果壳转载了BioArt 对这篇文章的全文整理，以供读者阅读和思考。

第二届人类基因编辑世界峰会期间，贺建奎报告称基因编辑婴儿已经出生，在两名新生女婴体内，他人为突变了人的C-C型趋化因子受体 CCR5。这种极不负责的行为违反了全球科学家的伦理共识。他的报告反映出的问题令人不安，这种不安不仅来自其缺乏基本的医学伦理，甚至也来自其缺乏对于遗传学和基因编辑必要的理解。本文中，我们根据他展示的数据，综述了他实验的原理和方案，并对这种不当行为提出了我们的科学评判。

2018年11月25日，南方科技大学副教授贺建奎宣称，2名C-C型趋化因子受体CCR5基因经过编辑的婴儿已在中国出生。他声称，这种基因修饰可以保护婴儿免受人类免疫缺陷病毒（HIV）的感染。11月28日，他在人类基因编辑世界峰会上展示了这一项目的实验数据。虽然实验的详实数据还没有公布，这一声明的真实性也有待查明，但是他在峰会上展示的实验方案和数据暴露出了其在科学和伦理上的胡作非为。作为中国基因编辑领域的研究者，我们被这一消息彻底震惊了。显然，贺建奎秘密进行了这一项目。据我们所知，贺建奎还没有在基因编辑领域发表过有价值的科学论文，他在中国的基因编辑科研圈也并不活跃。我们被这一极不负责的行为激怒了，这种行为明显违反了中国和世界各国的基本伦理和医学伦理。我们认为，对这一事件的责任审查和讨论需要很好地理解科学事实，因此，我们先假定贺建奎展示的数据是真实的，然后我们集中探讨了这一行为在科学方面的缺陷。

首先，我们想先评价他这种操作整体上的合理性。2名新生儿的父亲是HIV携带者，而他们的母亲不携带这一病毒，贺建奎声称编辑了CCR5基因可以保护婴儿免受HIV感染。但是，在胚胎上编辑基因以阻止HIV传播给胎儿是完全没有必要的。目前，运用成熟的辅助生殖技术使一名HIV阳性的父亲拥有健康的宝宝是可以实现的，而且成功率极高。至于考虑到未来免受HIV感染，对于大多数人来说，只需要简单地规避HIV暴露的风险就足够了。因此，对早期胚胎进行编辑并没有给宝宝们带来好处，反而在多个方面造成潜在的严重风险，我们将在下文中进行讨论。

CCR5基因编码一种白细胞上的受体，HIV-1病毒利用这种受体和另一受体来感染人类细胞。一种自然出现的CCR5Δ32等位基因存在于一些欧洲人群中。虽然杂合和纯合的个体感染HIV后病程进展缓慢或对HIV感染耐受，但是即使纯合CCR5Δ32个体仍然可以被部分HIV毒株感染。携带CCR5Δ32等位基因的个体通常是健康的，然而这一等位基因在非欧种群中存在的比例非常低，在中国人群中至今没有鉴定到其纯合突变。因此，我们难以预估将CCR5Δ32等位基因或其它CCR5突变引入中国人的遗传背景中的风险。虽然贺建奎声称会有一个长期的健康跟踪随访计划。但是，我们不知道谁会赞助这一计划，我们也不知道假如发生了医学事故谁将为这一事件买单。

接下来，我们将审视他的数据。他首先展示了Ccr5敲除小鼠中的数据以评价“在胚胎期用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除CCR5是否会引起不可预料的遗传、生理或行为后果？”（所有标明的引用内容都是直接引自贺建奎报告的幻灯片）。这很荒谬。在小鼠上用不定量的方法简单地比较一下四种组织的染色切片、做两个简单的行为学测试并不能回答上述问题。这种科学的质量非常糟糕和肤浅。例如，从新目标调查行为测试（the novel object investigation behavior test）中收集的数据显示，虽然统计学P值大于0.05，但是野生小鼠和Ccr5敲除小鼠之间存在差异。在宣称Ccr5敲除不会造成任何行为学表型之前，用更大的样本量来做进一步调查是必需的。简单地做下文献调研就可以发现CCR5作为一个趋化因子受体具有正常的免疫学功能，CCR5敲除小鼠会造成自然杀伤细胞（NK）相关的表型，从而更易感染多种病毒。

其次，他设计了多条单一向导RNA（sgRNA）并检测了它们在人类细胞系和猴子胚胎中的效果。这些是进行基因编辑实验非常常规的流程。当把成簇规律间隔短回文重复系统（CRISPR）及其相关蛋白9（Cas9）的成分导入细胞后，在靶基因座位上将会产生一个DNA双链断裂。非同源末端连接修复过程（NHEJ）或同源直接修复（HDR）都可能参与这一DNA双链断裂的修复。NHEJ修复常常引起小的插入或删除（indel），而HDR则会在靶位点产生完美的修复或精确的修饰。贺建奎的报告只展示了通过NHEJ修复插入删除突变（indel）的频率的特点，没有展示通过HDR修复引入CCR5Δ32等位基因的实验设计；这说明贺建奎没有意图引入CCR5Δ32等位基因。据我们所知，除了CCR5Δ32等位基因，CCR5插入删除突变（indel）的等位基因在人类种群中存在的频率并不高。之前的研究表明，在CCR5缺失的个体中导入表达稳定的截短体CCR5Δ32蛋白同样导致HIV耐受的表型。因此，在考虑潜在的益处和风险时，其它CCR5缺失的等位基因不能简单地等同于CCR5Δ32等位基因。此外，表达框内插入删除突变可能潜在地产生功能获得的突变，而这种风险甚至更难以预测。

贺建奎尝试优化猴子受精卵显微注射的流程，并通过测序评价基因编辑的效果以及嵌合体的水平。由于他的数据还没有作为研究性论文发表在任何一个平台上，他在幻灯片中展示的信息尚不够用作仔细审查。不过，我们可以从他的展示中发现，尽管做了多种尝试，猴子胚胎实验中嵌合体仍然是一个问题。

贺建奎接下来把猴子显微注射的流程搬到人胚胎上。就像贺建奎的数据和之前的研究发现的那样，在细胞分裂中期注射胚胎、使用Cas9蛋白而不是Cas9 mRNA可能会减少嵌合体的发生但仍然不能避免。此外，这种策略只在NHEJ介导的基因敲除上起作用，而在HDR介导的精准基因修复上无效。虽然许多增加细胞系中HDR的策略已经被报道，但是他们能否在人类胚胎中应用仍然没有答案。米塔利波夫（Mitalipov）组的工作发现母源等位基因可以作为基因修复的模板纠正致病突变，但是其他研究组强调Cas9可能引起大范围的删除或重排，在用PCR进行基因鉴定时造成假阳性结果。这些科学上的争论显示：我们对于DNA修复的机制以及人类早期胚胎基因编辑的后果还没有完全理解。贺建奎可能低估了嵌合体的发生率以及引入有害遗传修饰的风险。

为了评价脱靶编辑造成的突变，贺建奎用基因编辑的人胚胎建立了一株人胚胎干细胞系（hESC）。而这一点又一次暴露了他科学素养上的不达标。从一个基因编辑的人胚胎中仅仅建立一株hESC，然后用它做全基因组测序检测潜在的脱靶突变。在hESC建立和扩增的过程中，许多遗传修饰将会出现。因此，为了鉴定基因编辑造成的真实的脱靶突变，需要从基因编辑和未编辑的胚胎中建立多株hESC细胞系，并用深度测序和进一步的生物信息学分析来描绘它的特点。

他进一步声称他做了所谓的单细胞全基因组测序（WGS）。他从19例基因编辑的人囊胚中取得移植前的遗传检测样本，通过WGS来评价其中的在靶和脱靶基因编辑事件，然后选择出用于移植的胚胎。19例胚胎中的12例包含野生等位基因，表明在这些胚胎中CCR5基因没有被完全编辑。重要的是，目前还没有成熟可靠的单细胞WGS技术用来评价脱靶突变。在全基因组扩增的过程中，把基因组的单拷贝扩增到足够的量用于WGS也会引入许多人为突变。此外，我们担心的是嵌合体的问题，而移植前基因检测并不能解决这一问题，因为我们不可能在一个胚胎中把所有细胞测一遍。这意味着即使我们检测的细胞是正确编辑的，胚胎的其它细胞中是否未被编辑或携带不需要的突变，仍然存在无法忽略的风险、造成不可预知的后果。综上，贺建奎的结论并不可靠。

除了潜在的脱靶效应，有报道显示CRISPR-Cas9产生的DNA双链断裂可能也会造成在靶的突变。这些突变包括插入、缺失、转位和重排，也包括大的染色体的缺失、染色体截短和同源间修复时基因的纯合化。目前尚没有哪一种方法可以检测所有这类脱靶突变，特别是当它们的发生频率非常低时。

这两名女婴出生后，贺建奎组从她们的脐带血、脐带和胎盘中收集DNA，进行全基因组测序用以证实CCR5基因编辑成功。WGS结果显示只有两种不同的CCR5等位基因存在于这些样品中，每一种占了大约一半的测序结果。对于露露，一个等位基因是野生型的，另一个等位基因存在15bp的框内缺失。对于娜娜，CCR5靶基因区域的测序结果都是这两个CCR5突变的等位基因，这非常令人惊讶，竟然没有任何含野生型CCR5等位基因的母亲组织污染娜娜的测序样本。或许，由于缺乏样品收集和数据分析的详情，我们不能得出有力的结论。我们强烈建议权威机构对所有原始数据组织一次彻底的审查，把事实向科学界和公众公开。

最后，根据目前获得的信息，我们相信没有充分的科学缘由需要对人类生殖细胞进行这类基因编辑，贺建奎及其研究组的行为严重违反了中国的伦理道德和世界科学界的共识。无论是在科学上还是在伦理上，我们都强烈谴责他们的作法。我们强烈呼吁国际科学界和监管部门尽快启动综合讨论，建立以生殖为目的的人类生殖细胞基因编辑的准则和标准。达成共识后，还要颁布生效明晰、严格的法律并使之在世界范围内强制执行。然而，我们同样认为有必要开发、改进在体外试验中能应用于包括早期胚胎、精子、卵子等的精准遗传修饰技术。只有当达成共识并建立起一个监管框架后，这些改进的技术才有可能对遗传病提供解决方案。

原文链接：

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

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