科學家首次精確編輯人類胚胎基因
哥倫比亞大學科學家以前所未有的精確度編輯了早期人類胚胎的DNA，這一成果可能為培育具有特定特徵的「定製嬰兒」打開大門。
這一前景多年來一直存有爭議。一方面，該技術未來可能讓父母安全修復胚胎中導致疾病的突變；但另一方面，它也可能被用於選擇理想特徵，一些倫理學家認為這種做法無異於優生學。
領導這項研究的哥倫比亞大學遺傳學家迪特爾·埃利呼籲就修改胚胎DNA的利弊展開公眾討論。「作為科學家，我可以提供討論所需的數據，但之後基本上就該停下來，讓其他人接手，」他說。
埃利及其同事使用一種被稱為鹼基編輯的新技術對DNA序列中的單個遺傳字母進行精確替換，不會造成早期基因編輯技術CRISPR常有的那種損傷。
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埃利警告稱，該研究仍有很多關於有害副作用的問題尚未解答。「我們並不是說這項技術明天就能用於臨床，」他說。
埃利及其同事已將研究論文發布在網上。該研究目前正在接受科學期刊的同行評審。
編輯人類胚胎DNA的可能性在CRISPR技術發明十多年前就已成為嚴肅辯論的話題。
2012年，科學家發現可以製造定製分子來切除DNA中特定的片段。CRISPR迅速成為科學家的標準工具——一種廉價、簡便的通過修改基因組來研究基因功能的方法。
多家醫療公司應運而生，試圖利用該技術治療遺傳性疾病。2023年，美國食品和藥物管理局批准了一種基於CRISPR的療法，用於治療鐮狀細胞貧血。
但科學家們知道它並不完美。在某些細胞中，CRISPR分子無法找到目標DNA，有時還會切錯遺傳片段。
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這些擔憂並未阻止中國科學家賀建奎在2018年使用CRISPR修改人類胚胎DNA。
賀建奎後來表示，他的目標是讓兒童獲得對HIV感染的遺傳抵抗力。但專家譴責他的工作過於魯莽，中國當局判處他三年監禁。
賀建奎聲稱他的實驗誕生了三個「健康、漂亮的嬰兒」，他在今年1月接受《紐約時報》採訪時如此表示。但這些兒童的狀況從未經過獨立評估。
2020年，埃利及其同事進行了一項實驗，觀察CRISPR在人類胚胎中的表現。
他們從攜帶EYS基因突變（會導致遺傳性失明）的男性那裡獲得捐贈精子，用這些精子使健康卵子受精，產生具有一個正常EYS拷貝和一個缺陷拷貝的人類胚胎。研究人員使用CRISPR切除EYS的突變區域。
先前研究表明，胚胎可能會以健康版本為模板修復該基因。但只有部分胚胎成功，最終擁有兩個正常EYS拷貝。
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但約一半胚胎修復失敗。有些切除了大段DNA，有些則破壞了EYS基因所在的整個染色體。
「後果絕對是災難性的，」埃利說。
許多科學家和生物倫理學家認為，這些結果進一步證明編輯人類胚胎風險極高，至少在目前不值得考慮。
但在2016年，哈佛大學遺傳學家劉如謙(David Liu)及其同事將CRISPR分子與其他化合物結合，創造了鹼基編輯技術。這是一種新的基因編輯方法。它不再切除DNA片段，而是在其中一條鏈上製造一個微小的切口，然後引導細胞修復突變。
鹼基編輯已被證明往往優於早期的CRISPR方法。去年，在接受定製鹼基編輯分子治療後，一名患有可能致命的遺傳疾病的嬰兒被治癒。
埃利決定在人類胚胎上嘗試這項技術。
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在這項新實驗中，他和同事試圖修改兩個基因。一個是PCSK9基因，其突變會導致血液中LDL（低密度脂蛋白）水平升高，從而增加心臟病風險。另一個是HBG基因，負責胎兒期血紅蛋白的產生。
埃利及其同事將鹼基編輯器導入受精卵和父母捐贈的雙細胞期胚胎。研究人員沒有發現與CRISPR相關的大範圍損傷。
相反，研究人員成功修改了PCSK9和HBG兩個基因。在部分實驗中，他們在同一個胚胎中同時修改了兩個基因。
但編輯仍不完美。有時鹼基編輯分子無法找到目標DNA，導致胚胎中部分細胞保留原始基因版本，部分細胞被修改。
這些胚胎成為基因混合體，即所謂的「鑲嵌」(mosaics)。如果胚胎髮育成嬰兒，不同細胞擁有不同基因版本可能導致醫療問題。
儘管存在這些失敗，未參與該研究的奧勒岡健康與科學大學生育專家葆拉·阿馬托博士仍認為該方法「很有前景」。
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不過她表示，待論文正式發表後，仔細審閱最終結果非常重要。
維克森林大學生物倫理學家安娜·伊爾蒂斯認為，要評估鹼基編輯胚胎的安全性，單純檢查染色體損傷是遠遠不夠的。
「有些潛在有害影響可能要到出生後才會顯現，」她警告說。
Nucleus Genomics首席臨床官、新研究合著者內森·特雷夫博士表示，能夠修復胚胎中致病突變的技術對接受體外受精的人來說可能是一大福音，讓他們能夠植入原本會被丟棄的胚胎。
「要達到那個階段還有很多工作要做，但這項研究讓我們離目標更近了，」特雷夫說。
Nucleus Genomics將支持埃利研究的下一階段。（聯邦政府不資助以研究為目的人類胚胎研究。）
即將進行的研究將尋找避免鑲嵌胚胎的方法。研究人員還將在包含約100個細胞的胚胎上測試鹼基編輯。生育診所通常會在這個階段冷凍和檢測胚胎。
成立於2021年的Nucleus Genomics可篩查IVF胚胎數千種遺傳疾病。該公司還會預測胚胎患心臟病、糖尿病等疾病的風險，並查看與身高、智力等特徵相關的基因。
批評者指責該公司在推廣一種生物技術版的優生學——公司對此予以否認。
Nucleus Genomics傳播主管凱特琳·加拉赫在郵件中寫道：「我們將自己視為最終將此類技術引入臨床護理的自然途徑，這是一個更廣泛的遺傳學平台——完整的『遺傳優化』體系。」
未參與該研究的加州大學柏克萊分校遺傳學家費奧多爾·烏爾諾夫表示，這些結果與此前在活細胞中進行鹼基編輯的研究一致。
但他認為，將該方法用於胚胎的可能性具有新意，但也充滿風險。他主張，在常規IVF中篩查胚胎遺傳異常的做法更合理，而不是採用一項仍有許多未知風險的新技術。
「我們是繼續做自1978年以來已經安全有效地做了1500萬次的事，還是去嘗試一種我們永遠無法完全排除風險、且風險已然清晰的技術？」他問道。
烏爾諾夫推測，一旦這項新技術完善，它將吸引那些不僅想解決遺傳疾病，還想通過胚胎改造來提升特徵的人。
「他們真正做的是為『嬰兒改進者』提供一本越過倫理底線的教程，」烏爾諾夫在郵件中寫道。
不過，目前尚不確定是否真的有人能以這種方式改變嬰兒。因為許多人類特徵受數百甚至數千個基因影響。
埃利指出，科學家在單個胚胎中試圖修改的基因越多，失敗風險就越高。
「我認為大概可以組合三到四個，也許五個，但肯定存在極限，」他說。「這個極限在哪裡，還有待確定。」
