Science热议：“基因编辑婴儿事件”贺建奎即将出狱，今天的胚胎编辑发展到哪里了？
2018 年 11 月 ，南方科技大学副教授贺建奎宣布一对经过基因编辑的双胞胎婴儿于11月诞生，其团队利用新一代基因编辑技术 (CRISPR-Cas9)对婴儿的一个基因经过修改，并宣称她们出生后即能天然抵抗艾滋病病毒HIV。
此事一经公布，引发了轩然大波，包括中国科学家在内的各国科学家纷纷谴责这项研究，之后中国遗传学会和中国干细胞生物学分会发表联合声明，称贺建奎的实验“违背国际公认的人体试验伦理原则和人权法”。
近期，Science杂志发表题为“As creator of ‘CRISPR babies’ nears release from prison, where does embryo editing stand?”的新闻评论性文章，介绍了在贺建奎服刑3年的这段时间里，人类胚胎编辑的基础研究并没有结束，当他近期可能走出监狱之后，会发现关于基因工程婴儿的科学和伦理方面的担忧依然存在。
该评论文章指出：
加州大学伯克利分校研究基于CRISPR的基因组编辑的Fyodor Urnov说，对贺建奎 2018 年 11 月的声明的反应是“激烈而震惊的”。目前，Urnov认为没有任何情况可以证明对婴儿进行基因改造的努力是合理的。但他强烈支持使用 CRISPR 修复出生后引起疾病的突变，而不会对人类基因组造成可遗传的变化，并表示如果以负责任和安全的方式使用胚胎编辑，最终可能这会成为对抗疾病的有力工具。在实验室研究中，他们继续探索可能的途径，也遇到了许多障碍。
但相关工作进展得很慢。威斯康星大学麦迪逊分校的生物伦理学家和律师Alta Charo说：“这场疫情已经让这个话题不再是人们的首要关注点了。”他指出，旨在阻止像贺建奎这样的实验的监督措施已经停滞不前，包括拟议的全球登记临床前可遗传基因组编辑研究。
这种类型的注册可能已经注意到了上周报道的一项研究，在该研究中，一个研究小组利用体外受精（IVF）诊所多余的人类胚胎，展示了 CRISPR 如何去除新受精卵上的额外染色体副本——这个问题可能会导致唐氏综合症和其他疾病。其他研究小组正在探索如何将基因改变引入人类精子或卵子。弗朗西斯·克里克研究所的发展遗传学家Robin Lovell-Badge说，在这方面“有相当多的人在突破界限”，尽管很少有人认为这项工作已经为临床做好了准备。俄勒冈州健康与科学大学的发展生物学家Shoukhrat Mitalipov说：“我们仍在等待更好的工具。”
最初对设计婴儿的关注集中在CRISPR的草率操作上。作为其两种成分之一的 DNA 切割酶偶尔会切割出意外的靶点，即使切割在目标上，细胞的基因修复设备也可能通过插入或删除碱基来扰乱相邻的 DNA，从而可能造成新的伤害。事实上，一项由 CRISPR 改变的人类胚胎的研究发现，16% 的人在目标 DNA 上出现了这些“意外的编辑结果”，这项研究由克里克的 Kathy Niakan 领导，去年在PNAS上报道。
对经过编辑的 IVF 胚胎进行基因筛查可能无法发现这些错误。尽管 CRISPR 是在受精后立即引入的，但在单细胞阶段，它的作用不一定是立即的。“编辑可能发生在两细胞或四细胞阶段，因此并非所有细胞都是相同的，”Lovell-Badge 说，这种现象称为镶嵌现象。错误改变和未改变的细胞很容易被发现，因为通过在 5 天阶段采集其细胞样本来筛选胚胎，此时胚胎包含大约 100 个细胞。“如果你有任何嵌合体，那么你就不知道在胚胎的其余部分有什么了，”Lovell-Badge 说。
哥伦比亚大学的干细胞研究员 Dietrich Egli 希望找到一种方法，在胚胎的单细胞阶段启动和停止 CRISPR，防止嵌合体。与此同时，他的团队发现了一种特定类型的 CRISPR 编辑胚胎，可以大大降低意外 DNA 变化的风险。
试管婴儿诊所筛查胚胎时发现的最常见的异常之一，尤其是那些用高龄妇女卵子制成的胚胎，比如某些染色体的一个或三个拷贝的存在，而不是正常的两个。在 3 月 10 日发布在 bioRxiv 上的预印本中，Egli 的团队提出了针对三染色体或三体情况的策略。科学家们表明，他们可以在着丝粒处或附近通过 CRISPR 切割来靶向额外的父系或母系染色体拷贝，该 DNA 蛋白质结构将染色体的不同臂连接在一起。然后，额外的染色体在细胞分裂过程中分崩离析。理论上，意外的在靶或脱靶编辑无关紧要，因为 CRISPR 实际上会破坏整个 DNA 序列。
如果 CRISPR 不能纠正早期胚胎中所有细胞的三体性，镶嵌现象可能仍然是一个问题，但 Egli 指出，越来越多的证据表明，当这些胚胎混合了具有正常和异常染色体的细胞时，一种自然的“拯救机制” ”通常会消除异常细胞。“仍然存在多重障碍，”他强调说。“我们本可以给它一个不同的标题：‘纠正人类胚胎中的 16 三体综合征’，但我们认为这不合适。”
研究人类胚胎CRISPR的研究人员还面临着科学之外的障碍。在美国，国会禁止政府资助人类胚胎研究，这迫使研究人员依赖基金会、学术机构或公司。这项立法还禁止美国食品和药物管理局（U.S.Food and Drug Administration）对编辑人类胚胎的疗法进行评估。
编辑卵子或精子前体细胞的DNA可以避免这些障碍。这也解决了匹兹堡大学的生殖生物学家Kyle Orwig所说的“数量问题”。即使在最好的情况下，试管受精诊所也只能为一对夫妇创造、编辑和测试少量胚胎，使他们几乎没有机会获得正确的结果。
编辑产生精子的细胞可以提高几率。研究人员已经从小鼠身上取出了这些精原干细胞，并在培养基中培养了数百万只。这样就可以对CRISPR编辑进行严格的质量控制：科学家可以筛选出编辑正确、没有意外DNA变化的干细胞，然后大量克隆它们，再次检查错误。然后，他们可以将这些细胞移植到睾丸中，在那里他们可以产生成熟的精子，事实上，带有经过编辑的精子干细胞的啮齿类动物已经被用来创造具有所需DNA编辑的后代。
将这些基础研究转化为帮助潜在父母的方法并非易事。“障碍在于我们还不知道如何维持人精原干细胞的培养。”Orwig的团队正在探索一条不同的途径来创造编辑过的精子干细胞：将成人细胞“重新编程”成干细胞状态，并试图将它们部分地诱导到产生精子的途径中去。其他团体希望重新编程的成体细胞有朝一日可以产生人类卵子，然后可以大量改变。
令人沮丧的是，在小鼠身上，精原干细胞只能在新生动物体内存活，这对人类来说不是一个现实的选择。作为探索该计划是否适用于人体的第一步，Orwig研究小组正在招募那些因癌症治疗而不孕、在化疗或放疗前已冷冻睾丸组织或细胞的男性。研究小组计划从解冻的组织中分离出精原干细胞，然后将未经编辑的精原干细胞注射到精子拥有者的睾丸中，看看是否能产生活精子。
在贺建奎入狱后的3年里，人类遗传基因编辑取得了一些进展，但是，人们发现的CRISPR缺点也不断增多，许多人表示，用现有技术移植编辑过的胚胎依然是一种鲁莽行为。比如俄罗斯遗传学家Denis Rebrikov，他是继贺建奎事件之后为数不多的公开提倡将编辑过的胚胎植入人体的少数科学家之一，他表示，“我们已经做了大量的验证实验，现在我们有信心可以进入真正的临床应用。”
然而，其他人警告说，人类胚胎编辑仍然存在太多问题，无法重复他大胆的尝试。Lovell Badge建议，现在坚持实验室工作。“人们应该尽可能多地进行临床前研究，让我们看看这是否可行。”（JON COHEN/生物通编译）
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