g1376 重磅|全球首次：广医三院刘见桥团队运用基因编辑技术修复缺陷基因胚胎

如果有遗传缺陷的基因可以在胚胎阶段修复，是否意味着父母携带的遗传病不会出现在孩子的基因中，遗传病就会被阻断？

最近，这个大胆的想法在广州医科大学第三医院生殖医学中心刘建桥教授的研究中得到了实践。这也是世界上首次将基因编辑技术应用于人类二倍体胚胎，在胚胎水平上修复携带基因突变的胚胎。

3月1日，广东医科大学第三医院生殖中心主任、广东省生殖与遗传学重点实验室主任刘辟建桥教授团队在国际期刊《分子遗传学与基因组学》上发表了人类二倍体胚胎(即由卵子和精子组成的胚胎)基因编辑的最新研究成果，证实CRISPR基因编辑技术可以使科学家对人类DNA进行定点修饰，为通过修饰缺陷基因治疗遗传病提供了可能。这是世界上首次描述CRISPR技术在人类二倍体胚胎中的应用。

▲论文截图

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这不是第一次编辑人类胚胎基因

2015年，中山大学黄军教授发表研究，试图改变人类胚胎中参与血液障碍β地中海贫血的特殊基因；2016年，广州医科大学第三医院的樊勇博士的团队试图编辑人类胚胎基因以抵抗艾滋病毒感染。而CRISPR技术成功修复的细胞不到10%，效率太低，使得该技术不可行。

在樊勇的研究中，因为使用了三倍体胚胎(两个精子和一个卵子)，并且有一组额外的染色体，胚胎本身就有缺陷。所以科学家们还在探索如何在健康胚胎中操作CRISPR基因编辑技术，是否有效。

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世界上第一次:CRISPR首次应用于人类二倍体胚胎

为了解决这个难题，广州医科大学第三医院刘建桥教授带领的团队开始了这项研究。刘建桥团队首次将CRISPR基因编辑技术应用于异常三倍体胚胎，结果显示修复率仍然不高，只有10-20%左右。随后，刘建桥的团队试图将其应用于二倍体胚胎。

本研究使用了广州医科大学第三医院生殖医学中心患者捐赠的未成熟卵子。研究人员首先在体外诱导这些未成熟的卵子成熟，然后将它们与捐赠的精子在体外配对，从而获得20个二倍体胚胎。但捐献的精子都携带有基因突变缺陷基因，这意味着它们有可能被组合成携带基因突变基因的胚胎；刘建桥的团队试图通过基因编辑技术修复这些胚胎中的基因突变基因，从而从胚胎层面阻断遗传病的垂直传播。

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在胚胎水平修复遗传病突变基因

第一个捐精者是G6PD基因G1376T突变的携带者。G1376T纯合突变是蚕豆病的常见病因，是食用蚕豆或吸入该植物花粉引起的急性溶血性贫血。研究小组将G1376T杂合子突变精子注射到10个体外成熟的卵母细胞中。然而，只有两个胚胎携带1376T突变基因，而另外八个没有。一个胚胎的G1376T突变基因经基因编辑后修复。然而，并不是另一个胚胎中的所有细胞都被修复了，CRISPR关闭了一些细胞中的G6PD基因而不是修复它。

第二个精子供体是β41-42突变基因的携带者。β41-42突变是血液病β地中海贫血的主要原因之一。研究小组将β41-42杂合突变精子注射到另外10个体外成熟的卵母细胞中，但只有4个胚胎携带β41-42突变基因。研究人员编辑了携带地中海贫血缺陷基因的四个胚胎。四个有缺陷的胚胎中有一个被CRISPR编辑并引入了另一个突变而不是修复了beta41-21基因；在另一个胚胎中，只有一些细胞被成功修复，产生了嵌合胚胎。另外两个没能修复突变基因。

▲论文的一些截图

20个胚胎中只有6个胚胎携带遗传病的突变基因，基因编辑实验中使用的样本量很小，但结果表明CRISPR基因编辑技术的修复成功率较以往报道有了显著提高，因为一个胚胎的所有细胞都已修复，两个胚胎的部分细胞也已修复。这证实了CRISPR在二倍体胚胎中比以前在三倍体胚胎中好得多，基因编辑技术在阻断遗传性疾病的垂直传播方面仍然显示出巨大的潜力。

虽然仅基于六个胚胎不能得出明确的结论，但这些结果是令人鼓舞的，因为它们表明CRISPR基因修复在正常细胞中更有效。目前，本文受到《新科学家》、《麻省理工学院技术评论》等国际顶级期刊和媒体的高度关注。

研究负责人刘建桥教授指出:“虽然植入前的基因诊断可以在很大程度上避免有遗传缺陷的孩子的出生，但CRISPR技术对于一些不能拥有正常后代(如显性遗传病)的夫妇来说是最后的救命稻草。按照目前的实验伦理，CRISPR技术在人类二倍体胚胎基础实验中的应用，可以为阻断遗传性疾病的垂直传播提供更好的参考价值。

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临床应用？现在还“为时过早”

CRISPR基因编辑技术首次应用于人类二倍体胚胎。刘建桥教授的研究更真实地展示了这项技术阻断人类致病基因传播的潜力。但刘建桥认为，“CRISPR/Cas9技术要实现临床应用还有很长的路要走。就目前的结果来看，虽然我们的研究发现CRISPR/Cas9修复人类二倍体胚胎的效率并不低，但对于胚胎编辑来说还远远不安全。为了安全地利用CRISPR技术对携带基因突变的胚胎进行基因修复，我们需要找到防止胚胎嵌合的方法，并对编辑后的胚胎进行各种测试，以确保不产生错误的基因，保证后代的安全。

幸运的是，研究取得了进展:至少有两个团队找到了降低动物嵌合体风险的方法，他们还可以通过在试管婴儿之前编辑精子和卵子基因组而不是胚胎来避免嵌合体。预计未来几年可能会成功实现。

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风险和机遇并存

广东医科大学第三医院生殖医学中心作为广东省首批两个试管婴儿的发源地和广东省最大的生殖医学中心之一，从上个世纪开始就开始重视并不断开展与生殖健康相关的临床实践和基础研究。随着广东医科大学第三医院广东大学生殖与遗传学重点实验室的成立，生殖医学中心在不孕症病因研究和胚胎遗传病修复方面已经有了一定的研究基础。

重视生殖健康，提高人体健康和人口素质，是广东医科大学第三医院生殖医学中心开展科研和临床实践的最终目标和宗旨。

地中海贫血是广东和广西常见的遗传病，严重危害人民健康，给社会造成沉重负担。应用基因编辑技术从胚胎水平修复地中海贫血、大豆病等遗传病的基因，是广东医科大学第三医院生殖医学中心阻断地中海贫血遗传，改善两广生殖健康的有益尝试。

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未来前景:谁将成为这个领域的规则制定者

自2015年和2016年发表CRISPR对人类胚胎进行基因编辑的报告以来，各方展开了热烈的讨论。基因编辑技术可能带来的伦理风险也备受关注。2017年2月15日，美国国家科学院发表了一份长达261页的报告，郑重声明“应允许科学家对人类胚胎进行改造，以消除镰状细胞性贫血。这样毁灭性的遗传病，但是基因编辑技术完全适用于人类，应该同时设置适当的限制。”可见研究者和公众现在对这类研究的看法更加理性。胚胎编辑技术逐渐被人们接受。

也许，有朝一日，人类胚胎、卵细胞和精子治疗会使用强大的基因编辑工具，可以去除导致遗传病的基因。从黄军对地中海贫血的基因编辑，樊勇团队对艾滋病的胚胎细胞实验，刘建桥教授团队对人类二倍体胚胎基因编辑的尝试，这些都是中国学者在改善人类健康道路上所做的努力，也是中国团队在激烈的国际竞争中所获得的机遇。

文字、图片:广州市第三医院

生殖医学中心的曾艳婷对此文有贡献