自2015年以來，科學家們一直在警告不要使用CRISPR-Cas9技術修改生殖細胞基因組。當年在《科學》雜志上發(fā)表的一篇觀點認為，盡管用于治療疾病的應用看似無可厚非，但卻可能使人類基因工程沿著“一條不可預測的坡道”向生殖細胞基因修改方向發(fā)展，帶來無法預測的后果。

然而，這一對于編輯生殖細胞的警告被中國科學家賀建奎博士忽略了。當時，他進行了“CRISPR嬰兒”實驗，引起了科學界的震驚和反感。中國政府隨即展開調查，最終賀建奎被深圳南方科技大學解雇，還面臨巨額罰款、三年監(jiān)禁以及對生殖技術研究的禁令。

盡管“CRISPR嬰兒”事件導致了明確的專業(yè)和法律結果，但科學結果，更別提個體健康后果，仍然不明確。然而，在歐洲人類生殖與胚胎學會（ESHRE）第39屆年會上，牛津大學的Nada Kubikova博士在一次報告中透露，早期人類胚胎的細胞通常無法修復其DNA的損傷。

在她的報告中，題為“CRISPR-Cas9揭示的人類囊胚DNA雙鏈斷裂修復不足”，Kubikova表示，胚胎中的DNA修復不足具有重要的含義。“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DNA鏈的過程，”Kubikova說道?！拔覀兊男掳l(fā)現(xiàn)警告稱，常用的基因編輯技術如果應用于人類胚胎，可能會帶來意想不到的潛在危險?！?/p>

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

“我們的研究結果表明，在早期人類胚胎中使用CRISPR-Cas9存在顯著風險，”她說。“我們發(fā)現(xiàn)胚胎細胞的DNA可以被高效地定位，但不幸的是，這很少導致糾正缺陷基因所需的改變。更常見的情況是，DNA鏈會永久性地斷裂，這可能導致胚胎中的額外遺傳異常。”

基因編輯已經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、癌癥和鐮刀細胞病。如果基因編輯可以在胚胎植入子宮之前進行，那么可以避免許多遺傳性疾病，因為這是CRISPR-Cas9技術能夠確保到達胚胎每個細胞的唯一發(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，大多數國家目前禁止在胚胎中使用這項技術。

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

在一項經倫理審查批準的研究中，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個胚胎。在其中33個胚胎中，他們使用CRISPR-Cas9在構成DNA分子的兩條鏈上制造斷裂。

“我們使用CRISPR來定位不含任何基因的DNA區(qū)域，”Kubikova指出?！斑@是因為我們想了解CRISPR如何影響胚胎細胞和它們的DNA，而不受破壞特定基因引起的變化的干擾。”

其余51個胚胎被作為對照組保留。

“身體的所有細胞都具有高效的機制來修復影響它們的DNA的損傷，”Kubikova繼續(xù)說道?！霸诖蠖鄶登闆r下，斷裂的DNA鏈末端會迅速重新連接。這是非常重要的，因為未修復的DNA損傷會阻止細胞正常工作，并可能致命。細胞修復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，會在鏈重新連接的位置刪除或復制一些遺傳密碼的字母。這可能會破壞基因并且無法糾正突變。這被稱為非同源末端連接。

“細胞修復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，復制它，并在這個過程中替換損壞的區(qū)域?？梢韵蚣毎峁┖新晕⒏淖兊腄NA序列的DNA片段，比如具有正常序列而不是突變的序列。細胞在修復CRISPR引起的斷裂時可能使用這些模板，同時去除損壞的DNA片段并復制所提供序列的其余部分。這被稱為同源定向修復，這是糾正突變所需的過程。”

研究人員在25個胚胎中檢測到目標DNA位點的改變，表明CRISPR在人類胚胎細胞中非常高效。然而，只有9%的目標位點使用臨床上有用的同源定向修復進行了修復，而51%的斷裂的DNA鏈經歷了非同源末端連接，導致鏈重新連接的位置產生突變。剩下的40%斷裂的DNA鏈未被修復。未修復的DNA鏈斷裂最終導致染色體的大片段丟失或復制，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生嬰兒，他們將攜帶嚴重先天性畸形的風險。

“我們的研究表明，同源定向修復在早期人類胚胎中并不常見，在生命的最初幾天，人類胚胎的細胞在修復斷裂的DNA鏈方面存在困難，”Kubikova強調。“CRISPR-Cas9在定位DNA位點方面非常高效。然而，大多數細胞使用非同源末端連接來修復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的一個挑戰(zhàn)，因為它表明大多數嘗試時都不會成功。

“雖然研究結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險，并提高成功刪除突變的能力。這為技術的未來改進提供了希望。

“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生嬰兒。其中一半在移植到子宮之前就在實驗室停止了發(fā)育。這項研究揭示的胚胎無法高效修復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。這一理解可能會促使改進體外受精治療。”

現(xiàn)在，研究人員將尋找保護早期胚胎免受DNA損傷的新方法，這可能導致生育治療的潛在改進。他們還計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。

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

這項研究得到了布魯塞爾自由大學遺傳與胚胎學教授兼ESHRE主席Karen Sermon博士的評論?！癒ubikova博士及其同事進行的這項研究非常出色，”Sermon表示?！八鼜娬{了在嘗試編輯人類胚胎之前，基因編輯需要經過徹底的研究和理解的重要性。

“我認為在未來的某個時候，基因編輯可能會成為防止嬰兒患有嚴重遺傳疾病的有限情況下的有用工具。然而，這項研究展示了它可能出錯的一種方式。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，還需要一些時間。這將需要嚴格的監(jiān)管。與此同時，像這樣的謹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生育治療?！?/p>

編輯：王洪

排版：李麗