什么是嵌合體?基因編輯技術(shù)的最大安全性問(wèn)題

基因編輯技術(shù)有兩個(gè)最大的安全性問(wèn)題，脫靶效應(yīng)和嵌合體。

什么是嵌合體呢？

有一個(gè)故事說(shuō)，一對(duì)夫妻通過(guò)試管嬰兒生了寶寶，卻發(fā)現(xiàn)DNA檢測(cè)孩子是叔叔的，但爸爸沒(méi)有兄弟。為何有這樣的怪事？

這樣的故事是真實(shí)發(fā)生的，原來(lái)孩子的爸爸是“嵌合體”雙胞胎，受精卵發(fā)育的過(guò)程中爸爸把兄弟給吞噬掉了，兩個(gè)胚胎合成了一個(gè)。被吞噬的一方會(huì)發(fā)育成某一器官，這次事件中可能就是生殖器官。這個(gè)爸爸的精子DNA其實(shí)是那個(gè)被吞噬掉的兄弟的DNA。

嵌合體的英語(yǔ)為Chimera，“奇美拉”，是希臘神話中一種獅頭、羊身、蛇尾的吐火怪物。在生物學(xué)上，主要指動(dòng)物的兩顆受精卵融合在一起，長(zhǎng)成一個(gè)個(gè)體的現(xiàn)象。最常見(jiàn)的就是驢和馬交配生出來(lái)的騾子。世界各地的網(wǎng)友都上傳的“雙面貓”，也是嵌合體。

奇美拉

雙面貓

人類中也存在嵌合體實(shí)例，有研究顯示，每8個(gè)出生的孩子中，就有1個(gè)最早是發(fā)育自雙胞胎或多胞胎。但目前全球醫(yī)學(xué)論文報(bào)告出來(lái)的人類“嵌合體”案例，只有大約100例。

人類中常見(jiàn)的主要是“微嵌合體”現(xiàn)象，比如一個(gè)人接受骨髓移植時(shí)可能發(fā)生，再比如孕婦的組織中也被發(fā)現(xiàn)存在胎兒細(xì)胞，這種現(xiàn)象幾乎會(huì)發(fā)生或暫時(shí)性發(fā)生在所有懷孕女性身上。

對(duì)于首例基因編輯嬰兒“露娜姐妹”來(lái)說(shuō)，“嵌合體”的風(fēng)險(xiǎn)有多大，會(huì)造成什么后果？

中科院動(dòng)物所基因工程技術(shù)研究組組長(zhǎng)王皓毅在一篇訪談中把“嵌合體”作為技術(shù)難題排在了“脫靶”之前。

他表示：

首先是“嵌合”問(wèn)題。采用目前的基因編輯工具，很可能不光在一細(xì)胞期起作用，還有可能在二細(xì)胞期、四細(xì)胞期等階段發(fā)揮作用，那這樣形成的嬰兒就有可能存在基因型的“嵌合”。

正常人只擁有來(lái)自父本和母本的兩種基因型，而“嵌合體”嬰兒可能擁有三四種或更多種基因型。這會(huì)對(duì)兩個(gè)孩子產(chǎn)生怎樣的影響，是很難預(yù)測(cè)的。

“露娜姐妹”實(shí)驗(yàn)的始作俑者賀建奎去年2月在個(gè)人博客中兩次提到了基因編輯技術(shù)的這兩個(gè)安全性問(wèn)題。他寫道：“但是，目前用于人類生殖目的基因編輯尚未解決科學(xué)上的安全性問(wèn)題，尤其是脫靶和嵌合體。在解決好以下的安全性問(wèn)題之前，進(jìn)行人類生殖目的的基因編輯是不負(fù)責(zé)任的?！?/p>

他隨后指出有五個(gè)安全性問(wèn)題尚未解決：動(dòng)物模型和細(xì)胞系、脫靶、嵌合體、胚胎發(fā)育、多代效應(yīng)。

當(dāng)然他也認(rèn)為脫靶和嵌合體是其中最大的問(wèn)題。而他去年7月在一次演講中態(tài)度轉(zhuǎn)變，他在幻燈片中指出，脫靶效應(yīng)可以通過(guò)謹(jǐn)慎地設(shè)計(jì)向?qū)NA來(lái)最小化；全基因組深度測(cè)序可以作為檢測(cè)脫靶效應(yīng)的有效工具；大多數(shù)被編輯的胚胎是嵌合體，可以通過(guò)選擇更好的注射策略來(lái)改進(jìn)。

關(guān)于脫靶，也就是“誤傷”其他基因的問(wèn)題，確實(shí)也有人為之辯護(hù)。在Science發(fā)表的關(guān)于賀建奎基因編輯嬰兒的專訪中，CRIPSR基因編輯先驅(qū)之一，哈佛大學(xué)教授，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士，美國(guó)國(guó)家工程院院士George Church是這樣為賀建奎辯護(hù)的：

“我不會(huì)說(shuō)一定不會(huì)有脫靶的問(wèn)題。但讓我們做出指控前先做一些定量的分析。脫靶也許會(huì)被觀測(cè)到，但未必是臨床的。沒(méi)有證據(jù)顯示脫靶給動(dòng)物或者細(xì)胞帶來(lái)問(wèn)題。我們一些豬有十幾個(gè)CRISPR突變，有一種老鼠40多個(gè)CRISPR點(diǎn)經(jīng)常脫靶。但我們還沒(méi)有看到負(fù)面后果的證據(jù)?！?/p>

值得注意的是，賀建奎去年2月參加了由George Church等人組織的一次閉門研討會(huì)，并在其中做了題為“人類胚胎基因編輯安全性”的報(bào)告。就是在會(huì)后，他在博客里談到了基因編輯的安全性問(wèn)題。

根據(jù)《自然》的報(bào)道，賀建奎在去年做演講時(shí)，有組織者指出他從未提及任何準(zhǔn)備做人體試驗(yàn)的內(nèi)容。但賀建奎稱自己和一些美國(guó)科學(xué)家討論過(guò)人體實(shí)驗(yàn)，不過(guò)他沒(méi)有給出姓名。這些美國(guó)科學(xué)家中是否包括George Church我們不得而知。

但即便在這篇罕見(jiàn)的為賀建奎辯護(hù)的業(yè)內(nèi)大佬訪談中，也并沒(méi)有談到嵌合體的問(wèn)題。而在賀建奎態(tài)度轉(zhuǎn)變的演講中，他也承認(rèn)大多數(shù)被編輯的胚胎是嵌合體。

不過(guò)賀建奎也給出了解決辦法，如何理解他說(shuō)的可以用更好的注射策略來(lái)改進(jìn)呢？

之前的研究中，先對(duì)卵子進(jìn)行受精，再注射Cas9酶和向?qū)NA進(jìn)行基因編輯，后期胚胎混雜了被修復(fù)和未經(jīng)修復(fù)的細(xì)胞，即出現(xiàn)了嵌合體現(xiàn)象。有一些研究則聲稱，通過(guò)將CRISPR/Cas9注入減數(shù)分裂II期（metaphase II,MII）卵細(xì)胞，并幾乎在同時(shí)使其受精，可以改善。

但我們也不難理解，安全風(fēng)險(xiǎn)是一回事，道德風(fēng)險(xiǎn)是另一回事。與脫靶這個(gè)相對(duì)安全性更大的問(wèn)題相比，嵌合體的法律、倫理問(wèn)題更大。

衛(wèi)生部發(fā)布的《人類輔助生殖技術(shù)規(guī)范》中除了提到“禁止以生殖為目的對(duì)人類配子、合子和胚胎進(jìn)行基因操作”，還提到“禁止開展人類嵌合體胚胎試驗(yàn)研究”。

也就是說(shuō)，人類嵌合體胚胎連“試驗(yàn)研究”都是不被許可的。

此前，就有一些出發(fā)點(diǎn)很好的實(shí)驗(yàn)，就因?yàn)樯婕叭祟惽逗象w，引起了倫理道德爭(zhēng)議。2017年1月，有研究團(tuán)隊(duì)在《Cell》雜志上發(fā)文稱，將人類干細(xì)胞注入超過(guò)2000個(gè)豬胚胎中，并使這些胚胎在母豬體內(nèi)生長(zhǎng)4周，豬胚胎開始發(fā)育出含有人類細(xì)胞的器官。

往豬胚胎注射人干細(xì)胞

加州大學(xué)戴維斯分校豬場(chǎng)培育約克郡小豬，這是一種用于嵌合實(shí)驗(yàn)的品種

盡管這些人豬“嵌合體”在胚胎期就被銷毀了，而且實(shí)驗(yàn)的出發(fā)點(diǎn)可以被善意理解，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)最終可用于培育供移植的人體器官，從而彌補(bǔ)移植器官供體的短缺，但這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)還是飽受爭(zhēng)議。當(dāng)然這和“露娜姐妹”實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)，不過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)同樣采用了CRISPR基因編輯技術(shù)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的倫理問(wèn)題拷問(wèn)到了同一項(xiàng)技術(shù)。