我科学家探索从胚胎层面修复基因缺陷

新华每日电讯记者肖思思

如果能从胚胎层面修复有遗传缺陷的基因,那是不是意味着父母的遗传疾病将被阻断,不再传递给孩子呢?

广州医科大学附属第三医院生殖医学中心刘见桥教授团队20日发布了一项最新科研成果,首次将CRISPR基因编辑技术运用于人类二倍体胚胎(即一个卵子和一条精子组成的胚胎),并对携带遗传突变基因的胚胎进行了修复,证实了基因编辑技术通过改造缺陷基因来治疗遗传疾病的可能性。

首次运用于人类二倍体胚胎

3月1日,广医三院生殖中心主任、普通高校生殖与遗传重点实验室PI刘见桥教授的团队在国际期刊《分子遗传学和基因组学》上发表了人类二倍体胚胎(即一个卵子和一条精子组成的胚胎)基因编辑的最新研究成果,证实了CRISPR基因编辑技术可以让科学家对人类的DNA进行定点改造,为通过改造缺陷基因来治疗遗传疾病提供了可能性。这是全球首篇关于CRISPR技术在人类二倍体胚胎中应用的描述。

2015年,中山大学黄军就教授发布了一项研究试着改变人类胚胎中涉及血液紊乱β地中海贫血症的特殊基因；2016年,广医三院范勇博士团队尝试使用三倍体胚胎(两个精子和一个卵子结合,因多了一组染色体,胚胎本身存在缺陷)进行基因编辑,以抵制感染。但对于CRISPR基因编辑技术在正常胚胎中如何操作、是否有效等问题,科学家们仍在不懈探索。

刘见桥教授所主导的团队先将CRISPR基因编辑技术应用在异常三倍体胚胎中,结果显示修复率不高,只有约10%～20%。随后,刘见桥团队尝试将其应用于二倍体胚胎。

胚胎层面修复遗传疾病突变基因

刘见桥团队研究所使用的是广医三院生殖医学中心患者捐赠的未成熟卵子,科研人员先将这些未成熟卵子在体外诱导成熟,然后与捐赠的精子进行体外配对,从而获得了20枚二倍体胚胎。在试验中,赠精者为遗传突变基因携带者,即理论上捐赠的精子中有一半携带遗传突变缺陷基因。

其中,第一位捐精者是G6PD酶基因G1376T突变携带者。G1376T纯合突变是导致蚕豆症这一遗传性疾病的常见原因,蚕豆症是一种因食用蚕豆或吸入该植物的花粉所引起的急性溶血性贫血的疾病。研究团队分别向10枚体外成熟的卵母细胞注射了G1376T杂合突变精子。但只有两枚胚胎携带了G1376T突变基因,其他八枚没有。经基因编辑后,其中一枚胚胎G1376T突变基因被修复了。但另一枚胚胎中不是所有的细胞都得到了修复,CRISPR关闭了部分细胞中的G6PD基因,而不是修复它。

第二位捐精者是beta41-42突变基因携带者。beta41-42突变是血液病β-地中海贫血的主要原因之一。研究团队分别向另外10枚体外成熟的卵母细胞注射了beta41-42杂合突变精子,但只有四枚胚胎携带beta41-42突变基因。研究人员对这四枚携带地贫缺陷基因的胚胎进行编辑,其他六枚没有。经基因编辑后,四枚缺陷胚胎有一个经CRISPR编辑后引入了另一种突变,而不是修复beta41-21基因；在另一枚胚胎中,只有部分细胞被成功修复,产生了一个嵌合胚胎；其他两枚则没有成功修复突变基因。

最后得到的20枚胚胎中只有6枚胚胎携带遗传性疾病的突变基因,基因编辑实验所用的样本量很小,但结果显示CRISPR基因编辑技术的修复成功率较以往报道的案例有了明显提高,其中有1枚胚胎的全部细胞都被修复了,有2枚胚胎实现部分细胞被修复。

这证实了CRISPR在二倍体胚胎中的效果要比之前在三倍体胚胎中的应用好得多,基因编辑技术依然显示出强大的阻断遗传性疾病垂直传播的潜力。

研究团队在胚胎发育的第一天做了基因编辑试验。经过广医三院伦理委员会批准,在获得胚胎捐赠者知情同意的基础上,按照我国人类胚胎干细胞研究相关规范,所有试验胚胎均在胚胎发育的第三天被销毁。

临床应用还“为时过早”

刘见桥说,尽管不能仅基于6个胚胎得出确定的结论,但是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。“虽然植入前遗传学诊断能很大程度地避免遗传缺陷儿的出生,但对于部分有显性遗传病而不能生育正常后代的夫妇来说,CRISPR技术就是她们最后一根救命稻草。在符合目前实验伦理的情况下,CRISPR技术应用于人类二倍体胚胎的基础实验能为其对阻断遗传性疾病垂直传播提供更好的参考价值。”

尽管如此,刘见桥认为,这项技术要实现临床应用还有很长一段路要走。“目前该技术还远远不能安全地用于胚胎编辑。为了更安全地使用CRISPR技术对携带遗传突变基因的胚胎进行基因修复,我们需要找到防止胚胎嵌合的方法,而且还要对编辑过的胚胎进行各种测试,以保证没有产生任何错误基因,确保后代安全”。

刘见桥说,或许,强大的基因编辑工具未来有一天将用于人类胚胎、卵细胞和精子治疗,能够移除导致遗传疾病的基因。

从黄军就教授到刘见桥教授团队,中国学者一直在努力探索提升人类健康之路,中国团队也屡屡在激烈的国际竞争之中取得先机。“要知道,无论中国学者做与不做,总会有人推进。而将来制定游戏规则的,一定是这个领域的先行者。我们要做的是在自己坚信的道路上,认真做好手中的研究,取得自主的知识产权和话语权。”刘见桥说。